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Die Erfindung betrifft eine Lünette sowie ein Verfahren zum Abstützen eines mit einem axialen Ende in einer Einspanneinrichtung einer Werkzeugmaschine gehaltenen, sich entlang einer Einspannachse der Einspanneinrichtung erstreckenden stabförmigen Werkstücks. Stabförmige Werkstücke werden zur Bearbeitung, beispielsweise zum Schleifen und/oder Erodieren, mit einem axialen Ende in einer Einspanneinrichtung eingespannt und erstrecken sich von dort aus frei zu ihrem jeweiligen anderen axialen Ende hin. Während der Bearbeitung des Werkstücks können radiale Kräfte auf das Werkstück einwirken, beispielsweise durch Andrücken einer Schleifscheibe am Werkstück. Das Werkstück soll dennoch seine Ausrichtung entlang der Einspannachse beibehalten. Um dies zu erreichen, kann eine Lünette verwendet werden, die das Werkstück an mehreren Stützstellen abstützt und ein Auslenken oder Verbiegen des Werkstücks aus seiner Erstreckung entlang der Einspannachse vermeidet.
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Das Abstützen des Werkstücks muss wiederholbar sehr genau erfolgen. Eine Stützteilanordnung der Lünette muss so positioniert werden, dass Stützflächen der Stützteilanordnung an der jeweils zugeordneten Stützstelle an der Außenfläche des Werkstücks anliegen, ohne das Werkstück aus seiner Erstreckung entlang der Einspannachse zu bewegen. Die Lünette soll äußere Kräfte abstützen, die über ein Bearbeitungswerkzeug auf das Werkstück einwirken. Die Lünette wird durch eine Bedienperson einer Werkzeugmaschine manuell eingestellt, so dass sie in der Stützstellung mit den wenigstens zwei Stützflächen am Werkstück anliegt und das Werkstück seine Erstreckung entlang der Einspannachse beibehält. Das manuelle Einrichten der Lünette ist zeitaufwendig.
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Die Firma Anca verweist auf ihrer Internetseite (www.anca.com) auf eine automatisch höhenverstellbare Lünette (AHAS). Hierzu wird oberhalb des Werkstücks eine feste Referenzfläche angeordnet. Die Lünette wird dann von der entgegengesetzten unteren Seite gegen das Werkstück gefahren, drückt das Werkstück gegen die Referenzfläche und wird angehalten, wenn eine dem Durchmesser des Werkstücks entsprechende Höhenposition erreicht ist. Dennoch ist eine relativ aufwendige manuelle Einstellung der Lünette erforderlich, was aus dem erläuternden Video hervorgeht (https://www.youtube.com/watch?v=NdptN1GcVW8) .
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WO 98/02789 A1 beschreibt eine Lünette, die als zusätzliche CNC-Achse ausgeführt ist und parallel zum Werkstück verschiebbar auf der Maschine gelagert ist. Das Abstützen des Werkstücks mittels der Lünette kann in dem Bereich erfolgen, in dem das Werkstück durch ein Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wird. Angepasst an den Bearbeitungsablauf wird die Lünette daher parallel zum Werkstück verschoben.
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Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, das Anbringen und Einstellen einer Lünette an ein Werkstück bzw. einen neuen Werkstücktyp zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mittels der Lünette gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Lünette ist zum Abstützen eines in der Einspanneinrichtung an einem Ende gehaltenen und sich ausgehend von der Einspanneinrichtung zum entgegengesetzten Ende erstreckendes stabförmiges Werkstück eingerichtet. Das Werkstück erstreckt sich entlang einer Einspannachse, die durch die Einspanneinrichtung definiert ist. Das stabförmige Werkstück kann abschnittsweise zylindrisch bzw. kreiszylindrisch und/oder konisch sein. Es kann sich beispielsweise um ein Werkstück handeln, das zur Herstellung eines Rotationswerkzeuges verwendet wird.
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Die Lünette hat eine Stützteilanordnung mit wenigstens zwei Stützteilen. Die Stützteile können Bestandteil eines gemeinsamen Körpers oder als separate Körper ausgebildet sein. Jedes Stützteil hat wenigstens eine Stützfläche. Die Stützflächen der beiden Stützteile begrenzen eine nutähnliche Vertiefung, in die das Werkstück teilweise hineinragt, wenn sich die Stützteilanordnung in einer Stützstellung befindet und die wenigstens zwei Stützflächen das Werkstück an jeweils einer Stützstelle berühren. Die Stützstellen der wenigstens zwei Stützflächen sind mit Abstand zueinander angeordnet.
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Die Lünette hat eine Antriebseinrichtung. Die Antriebseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Stützteilanordnung in einer Hubrichtung zwischen einer Ruhestellung und der Stützstellung zu bewegen. In der Ruhestellung sind die Stützflächen bzw. die Stützteile mit Abstand zum Werkstück angeordnet und keine Stützfläche liegt am Werkstück an. In der Ruhestellung kann beispielsweise ein Werkstückwechsel durchgeführt werden.
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Mittels einer Führungs- oder Lagereinrichtung der Lünette ist die Stützteilanordnung in Hubrichtung bewegbar geführt oder gelagert. Die Lagereinrichtung und/oder die Antriebseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Bewegung eines Stützteils mit einer Stützfläche aus der Ruhestellung in die Stützstellung der Stützteilanordnung derart zu führen oder zu lenken, dass ab dem Zeitpunkt, zu dem eine der wenigstens zwei Stützflächen zuerst in Kontakt mit dem Werkstück gelangt, diese zuerst mit dem Werkstück in Kontakt gelangte Stützfläche nicht mehr oder nur derart bewegt wird, dass an der Stützstelle, an der die Stützfläche an dem Werkstück anliegt, keine Bewegung der Stützfläche radial zur Einspannachse mehr erfolgt. Dadurch wird verhindert, dass eine mit dem Werkstück zur Anlage gelangte Stützfläche ein Auslenken bzw. Verbiegen des Werkstückes bewirkt und dessen Ausrichtung entlang der Einspannachse beeinträchtigt.
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Die Lünette weist außerdem eine Erfassungseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das Erreichen der Stützstellung zu erfassen, also die Situation, in der alle vorhandenen Stützflächen das Werkstück an der jeweils zugeordneten Stützstelle berühren. Hat die Erfassungseinrichtung das Erreichen der Stützstellung festgestellt, wird die Antriebseinrichtung gestoppt, so dass die Bewegung sämtlicher Stützteile in Hubrichtung ebenfalls gestoppt wird.
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Mittels dieser Lünette kann das Werkstück effektiv abgestützt werden, ohne dessen eingestellte und gewünschte Ausrichtung bzw. Erstreckung entlang der Einspannachse zu beeinträchtigen. Die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks ist dadurch verbessert. Gelangen die Stützflächen nicht gleichzeitig in Kontakt mit dem Werkstück, wird entweder die Bewegung des Stützteils, dessen Stützfläche bereits in Kontakt mit dem Werkstück ist, angehalten und lediglich die Bewegung des wenigstens einen weiteren Stützteils in Hubrichtung fortgesetzt, oder es wird eine Gleitbewegung der zuerst in Kontakt mit dem Werkstück gelangten Stützfläche entlang des Werkstücks ermöglicht, bis auch die wenigstens eine weitere Stützfläche am Werkstück anliegt. Diese beiden Maßnahmen sind durch eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Antriebseinrichtung bzw. der Lagereinrichtung realisiert. Eine zusätzliche Abstützung des Werkstücks auf der der Stützteilanordnung entgegengesetzten Seite ist erfindungsgemäß nicht notwendig. Das Werkstück wird auch ohne eine solche zusätzliche Abstützung nicht aus seiner gewünschten Ausrichtung entlang der Einspannachse heraus bewegt bzw. verformt.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Stützteile während des Betriebs der Lünette relativ zueinander unbeweglich an einem gemeinsamen Trägerteil angeordnet sind. Es kann vorgesehen sein, dass die Stützteile austauschbar bzw. lösbar am gemeinsamen Trägerteil angeordnet sind und deren Abstand einstellbar ist. Jedoch ist zumindest während des Betriebs eine Verschiebung oder Bewegung der Stützteile relativ zueinander entlang des Trägerteils nicht vorgesehen. Unter dem Betrieb ist hierbei die Verwendung der Lünette zum Abstützen von Werkstücken bei deren Bearbeitung und/oder Auswechslung während des Betriebs der Werkzeugmaschine zu verstehen, wobei die Stützteilanordnung zwischen der Ruhestellung und der Stützstellung bewegt werden kann, beispielsweise bei einem Werkstückwechsel.
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Die Antriebseinrichtung kann bei einem Ausführungsbeispiel zumindest zwei Antriebselemente aufweisen, die am Trägerteil an jeweils einer Angriffsstelle angreifen. Die wenigstens zwei Angriffsstellen sind mit Abstand zueinander angeordnet. Die beiden Angriffsstellen sind vorzugsweise parallel zur Einspannachse gesehen mit Abstand zueinander am Trägerteil vorhanden. Es ist vorzugsweise wenigstens eine Einstelleinrichtung vorhanden, um die beiden Antriebselemente bzw. die Angriffsstellen relativ zueinander zu bewegen oder zu verschieben, so dass die Ausrichtung einer Geraden, die die Angriffsstellen miteinander verbindet, einstellbar ist. Beispielsweise kann an jeder Angriffsstelle ein ringförmig geschlossenes Lager vorhanden sein, deren Mittelpunkte durch die Gerade verbunden sind. Mittels der Einstelleinrichtung kann die Gerade relativ zur Einspannachse ausgerichtet werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Einstelleinrichtung wenigstens einen Exzenter aufweisen. Der Exzenter kann Bestandteil eines Lagers sein und kann vorzugsweise an einem der Angriffsstelle eines Antriebselements entgegengesetzten Ende angeordnet sein.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Trägerteil mittels der Lagereinrichtung quer zur Hubrichtung und quer zur Einspannachse in einem rotatorischen oder einem translatorischen Freiheitsgrad bewegbar gelagert ist. Alternativ zu dieser Lagerung des Trägerteils kann auch lediglich zumindest eines der Stützteile quer zur Hubrichtung und quer zur Einspannachse in dem rotatorischen oder translatorischen Freiheitsgrad beweglich gelagert sein. Durch diesen zusätzlichen Freiheitsgrad kann eine Ausgleichsbewegung der Stützteilanordnung relativ zur Einspannachse stattfinden, so dass sich die Stützteile bei der Bewegung der Stützteilanordnung in Hubrichtung sozusagen selbsttätig positionieren und lediglich eine geringe Kraft auf das Werkstück ausüben, die kleiner ist als eine Mindestkraft, die notwendig wäre, um das Werkstück aus seiner Erstreckung entlang der Einspannachse auszulenken bzw. zu verbiegen.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Trägerteil drehbar oder schwenkbar um eine Drehachse gelagert ist. Beispielsweise kann das Trägerteil drehfest mit einem Achsstift verbunden sein, der sich entlang der Drehachse erstreckt. Dadurch ist der zusätzliche Freiheitsgrad realisiert. Die Dreh- oder Schwenkbewegung um die Drehachse kann in einem Winkelbereich von maximal 5 Grad oder maximal 10 Grad oder maximal 15 Grad begrenzt sein.
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Die schwenkbare Lagerung des Trägerteils ist eine sehr einfache und effiziente Möglichkeit, um die Stützteilanordnung während der Hubbewegung aus der Ruhestellung in die Stützstellung relativ zum Werkstück bzw. zur Einspannachse auszurichten.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Lünette eine Klemmeinrichtung aufweist. Die Klemmeinrichtung kann zwischen einem Klemmzustand und einem Freigabezustand umgeschaltet werden. In dem Klemmzustand wird der durch die Antriebseinrichtung bzw. die Lagereinrichtung bereitgestellte zusätzliche Freiheitsgrad eliminiert und das Trägerteil wird in seiner erreichten Lage festgeklemmt. Im Freigabezustand ist die Bewegung des Trägerteils in dem zusätzlichen Freiheitsgrad quer zur Einspannachse und quer zur Hubrichtung ermöglicht.
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Das Umschalten von dem Freigabezustand in dem Klemmzustand erfolgt zumindest nach dem erstmaligen Erreichen der Stützstellung. Wird die Klemmeinrichtung gemeinsam mit dem Trägerteil in Hubrichtung bewegt, kann bei dem Bearbeiten gleichartiger Werkstücke die Klemmstellung für sämtliche nachfolgende Bearbeitungen gleichartiger Werkstücke aufrechterhalten bleiben. Dadurch ist gewährleistet, dass alle Werkstücke identisch bearbeitet werden. Alternativ hierzu wäre es auch möglich, den Klemmzustand nach dem Bearbeiten jedes Werkstücks aufzuheben und die Klemmeinrichtung bei jeder Hubbewegung der Stützteilanordnung von der Ruhestellung in die Stützstellung im Freigabezustand zu halten, so dass sich die Stützteilanordnung bei jedem Werkstück entsprechend dem vorhandenen zusätzlichen Freiheitsgrad ausrichten kann.
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Die Klemmeinrichtung kann wenigstens ein bewegbares und/oder elastisch verformbares Klemmteil aufweisen. Das bewegbare bzw. verformbare Klemmteil kann mit einem weiteren Klemmteil zusammenarbeiten, um das Trägerteil zwischen den beiden Klemmteilen festzuklemmen, wenn sich die Klemmeinrichtung im Klemmzustand befindet.
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Die Klemmeinrichtung ist vorzugsweise fluidisch umschaltbar. Das wenigstens eine bewegbare und/oder elastisch verformbare Klemmteil oder die Klemmeinrichtung kann beispielsweise einen Fluidraum aufweisen, der zum Bewegen und/oder Verformen des Klemmteils mit Fluiddruck beaufschlagbar ist. Durch Anlegen oder Abschalten des Fluiddrucks kann die Klemmeinrichtung zwischen dem Klemmzustand und dem Freigabezustand umschaltbar sein.
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Vorzugsweise befindet sich die Klemmeinrichtung bei anliegendem Fluiddruck im Freigabezustand. Über ein mechanisches Mittel, beispielsweise eine Vorspanneinrichtung, kann das Klemmteil zur Erzeugung einer Klemmkraft beaufschlagt werden. Die Klemmeinrichtung kann mithin mechanisch in dem Klemmzustand vorgespannt sein und durch Anlegen eines Fluiddrucks in den Freigabezustand umgeschaltet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umschließt ein bewegbares bzw. verformbares Klemmteil den Achsstift in Umfangsrichtung zumindest teilweise. Der Fluidraum kann dabei im Bereich des Spalts zwischen dem Klemmteil und dem Achsstift gebildet sein. Liegt kein Fluiddruck an, übt das Klemmteil eine radiale Klemmkraft auf den Achsstift aus und verhindert dessen Drehbewegung um die Drehachse. Wird ein Fluiddruck angelegt, entsteht ein Abstand zwischen dem Klemmteil und dem Achsstift und die Reibkraft zwischen dem Klemmteil und dem Achsstift wird zumindest soweit reduziert, dass sich der Achsstift bei einer Berührung der Stützteilanordnung mit einem Werkstück frei um die Drehachse drehen kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stützteile insgesamt oder wenigstens im Bereich der jeweiligen Stützfläche zumindest teilweise elektrisch leitfähig. Die Stützteile sind elektrisch voneinander isoliert. Sie können somit unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen. Es ist bevorzugt, wenn wenigstens eines der zwei Stützteile oder das Werkstück mit einem ersten elektrischen Potential elektrisch verbunden ist und wenn zumindest eines der Stützteile mit einem zweiten elektrischen Potential elektrisch verbunden ist. Die beiden elektrischen Potentiale sind unterschiedlich hoch, so dass bei einer elektrischen Verbindung ein Strom fließt. Dadurch kann eine Berührung zwischen dem Werkstück und dem wenigstens einen Stützteil mittels der Erfassungseinrichtung erfasst werden. Bei dem ersten elektrischen Potential kann es sich beispielsweise um ein Massepotential handeln.
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Vorzugsweise wird ein Stromkreis geschlossen, wenn die Stützteilanordnung die Stützstellung erreicht hat und beide Stützflächen das Werkstück berühren. Alternativ hierzu kann jeweils ein separater elektrischer Stromkreis geschlossen werden, wenn eine Stützfläche, die Bestandteil des betreffenden Stromkreises ist, das Werkstück berührt und das Stützteil und das Werkstück vor dem Kontakt auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen. Dadurch kann separat jede Berührung einer Stützfläche mit dem Werkstück durch die Erfassungseinrichtung erfasst werden.
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Die Antriebseinrichtung kann ein selbsthemmendes Getriebe aufweisen. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung eine Spindel-Mutter-Anordnung aufweisen. Die Spindelachse kann sich rechtwinklig zur Einspannachse und mit Abstand zu der Einspannachse erstrecken. Durch das Drehen der Spindel bewegt sich die Mutter entlang der Einspannachse und diese Bewegung kann durch ein Getriebe oder eine Kopplungsanordnung der Antriebseinrichtung in eine Hubbewegung in Hubrichtung umgesetzt werden, um die Stützteilanordnung zwischen der Ruhestellung und der Stützstellung zu bewegen.
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Zum Abstützen des Werkstücks kann wie folgt vorgegangen werden:
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Die Stützteilanordnung wird zunächst aus der Ruhestellung heraus in Richtung der Stützstellung bewegt. Gelangen die wenigstens zwei Stützflächen nicht gleichzeitig in Kontakt mit dem Werkstück, kann die Lagereinrichtung derart ausgestaltet sein, dass die zuerst in Kontakt mit dem Werkstück gelangte Stützfläche am Werkstück entlang gleitet, bis auch die zweite Stützfläche das Werkstück berührt. Sobald die wenigstens zwei Stützflächen das Werkstück berühren, ist die Stützstellung erreicht, was durch die Erfassungseinrichtung erfasst wird. Die Antriebseinrichtung wird dann stillgesetzt. In dieser Lage kann die Position bzw. Ausrichtung der Stützteilanordnung durch eine Klemmeinrichtung fixiert werden, indem die Klemmeinrichtung in einen Klemmzustand umgeschaltet wird. Der Klemmzustand kann auch bei weiteren Hubbewegungen zwischen der Ruhestellung und der Stützstellung aufrechterhalten werden und wird vorzugsweise erst dann aufgehoben, wenn ein Werkstück mit anderen Abmessungen bearbeitet bzw. abgestützt werden soll.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Stützteile unabhängig voneinander in Hubrichtung zu bewegen und die Bewegung jedes Stützteils genau dann zu stoppen, wenn die jeweilige Stützfläche das Werkstück berührt. Bei dieser Ausführung ist es nicht erforderlich, dass die Stützteile in einem Freiheitsgrad quer zur Hubrichtung bewegbar gelagert sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung einer Werkzeugmaschine in Form einer Schleifmaschine mit einer Lünette, deren Stützteilanordnung sich in Ruhestellung befindet,
- 2 die Werkzeugmaschine aus 1, wobei sich die Stützteilanordnung der Lünette in Stützstellung befindet,
- 3 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung einer Ausführungsform einer Lünette,
- 4 ein Ausführungsbeispiel einer Erfassungseinrichtung für die Lünette aus 3,
- 5 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lünette,
- 6 ein Ausführungsbeispiel einer Erfassungseinrichtung für die Lünette aus 5,
- 7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lagereinrichtung der Lünette in der Darstellung gemäß 5,
- 8 die Lünette aus 7 in einer schematischen, blockschaltbildähnlichen Seitenansicht,
- 9 die Lünette in der Darstellung gemäß 7, wobei sich die Stützteileanordnung in der Stützstellung befindet,
- 10 die Lünette in der Darstellung gemäß 8, wobei sich die Stützteileanordnung in der Stützstellung befindet,
- 11 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lünette,
- 12 eine perspektivische Teildarstellung der Lünette aus 11,
- 13 eine schematische Prinzipdarstellung der Lagereinrichtung sowie einer Klemmeinrichtung der Lünette gemäß der 11 und 12, wobei sich die Stützteileanordnung in der Ruhestellung befindet,
- 14 die Prinzipdarstellung gemäß 13, wobei sich die Stützteileanordnung der Lünette in der Stützstellung befindet,
- 15 eine Teildarstellung der Führungseinrichtung der Lünette gemäß der 11-14,
- 16 eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit der Stützteilanordnung der Lünette in einer Prinzipdarstellung,
- 17 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Stützteilanordnung,
- 18 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Lünette,
- 19 ein Schnittbild der Lünette aus 18 in einer Schnittebene rechtwinklig zur Einspannachse,
- 20 ein Schnittbild der Lünette gemäß der 18 und 19 in einer Schnittebene, die durch die Hubrichtung und die Einspannachse aufgespannt ist,
- 21 und 22 jeweils eine vereinfachte, schematisierte Darstellung der Wirkungsweise einer Klemmeinrichtung der Lünette gemäß der 18-20,
- 23 und 24 jeweils eine geschnittene Teildarstellung der Lünette gemäß der 18-20 in einer Ebene rechtwinklig zur Einspannachse, wobei sich die Stützteilanordnung bei unterschiedlich großen Werkstücken jeweils in der Stützstellung befindet.
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In den 1 und 2 ist stark schematisiert eine Werkzeugmaschine 10 veranschaulicht, die beim Ausführungsbeispiel als Schleifmaschine ausgebildet ist und dementsprechend ein Schleifwerkzeug 11 aufweist. Die Werkzeugmaschine bzw. Schleifmaschine hat eine Einspanneinrichtung 12 zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks 13. Dabei wird das Werkstück 13 mit einem Ende in der Einspanneinrichtung 12 eingespannt und ragt von dieser Einspannstelle aus frei zum jeweils anderen Ende hin. Bei dem Werkstück 13 handelt es sich um ein stabförmiges Werkstück, das zumindest abschnittsweise zylindrisch und/oder konisch sein kann. Bei dem Werkstück 13 kann es sich um einen Rohling handeln, aus dem das gewünschte Teil, insbesondere ein Werkzeug, hergestellt wird oder es kann sich um ein bereits existierendes Werkzeug handeln, das nachbearbeitet und insbesondere nachgeschliffen wird. Im eingespannten und korrekt ausgerichteten Zustand erstreckt sich das stabförmige Werkstück 13 entlang einer Einspannachse A, die durch die Einspanneinrichtung 12 definiert ist. In dieser Lage sind eine Längsachse des Werkstücks 13 und die Einspannachse A deckungsgleich.
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Die Werkzeugmaschine 10 hat außerdem eine Maschinenachsanordnung 14 mit mehreren Maschinenachsen, insbesondere bis zu drei oder mehr translatorische Maschinenachsen 15 und/oder bis zu drei oder mehr rotatorische Maschinenachsen 16, die in den 1 und 2 stark schematisiert veranschaulicht sind. Die Maschinenachsanordnung 14 ist dazu eingerichtet, die Relativposition und Relativausrichtung zwischen dem Schleifwerkzeug 11 und einem in der Einspanneinrichtung 12 eingespannten Werkstück 13 während der Bearbeitung zu steuern oder zu regeln. Die genaue Anordnung der translatorischen Achsen 15 und der rotatorischen Achsen 16 kann variieren und beschränkt sich nicht auf die in den 1 und 2 lediglich beispielhaft schematisch angegebene Anordnung.
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Während der Bearbeitung des stabförmigen Werkstücks 13 mittels des Schleifwerkzeugs 11 ist es erwünscht, dass die Ausrichtung des stabförmigen Werkzeugs 13 entlang der Einspannachse A erhalten bleibt, um die erforderliche Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen. Je länger ein stabförmiges Werkstück 13 ist bzw. je geringer der Durchmesser des stabförmigen Werkstücks 13 ist, desto eher kann durch die bei der Bearbeitung auftretenden Kräfte eine Auslenkung des Werkstücks 13 aus der idealen Ausrichtung entlang der Einspannachse A erfolgen. Um das Werkstück gegen solche Bearbeitungskräfte abzustützen, ist eine Lünette 20 vorhanden. Die Lünette 20 kann an unterschiedlichen Stellen entlang der Einspannachse A auf einem Maschinenbett 21 der Werkzeugmaschine 10 angeordnet werden. Sie kann als Schaftlünette unmittelbar benachbart zur Einspanneinrichtung 12 oder als Stützlünette im Bereich des der Einspanneinrichtung 12 entgegengesetzten Endes des Werkstücks 13 positioniert werden.
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Die Lünette 20 hat eine Stützteilanordnung 22 mit wenigstens zwei Stützteilen 23, wobei jedes Stützteil 23 eine Stützfläche 24 aufweist. In den 1 und 2 ist die Stützteilanordnung 22 lediglich stark schematisiert veranschaulicht. Die Stützteilanordnung 22 ist beispielsweise in den 3, 5, 7, 9-12, 19 oder 23 und 24 zu erkennen. Die Stützflächen 24 der beiden Stützteile 23 begrenzen insbesondere eine nutförmige oder rinnenförmige Aussparung zwischen den beiden Stützteilen 23. Die Stützflächen 24 können somit zumindest Abschnitte der die Aussparung begrenzenden Nutflanken bilden.
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Die Stützflächen 24 sind bei einigen Ausführungsbeispielen jeweils eben. Sie sind relativ zueinander und zu einer Hubrichtung H geneigt, in der die Stützteilanordnung 22 bewegbar ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das schematisch in 16 veranschaulicht ist, kann jede Stützfläche 24 konkav gekrümmt sein und in Richtung der Einspannachse A betrachtet einen kreisbogenförmigen Verlauf aufweisen. Der Krümmungsradius ist bei dieser Ausführung an den Außenradius des Werkstücks 13 an der abzustützenden Stelle angepasst.
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Die beiden Stützteile 23 der Stützteilanordnung 22 sind in einer Querrichtung, rechtwinklig zur Einspannachse A nebeneinander angeordnet. In Richtung der Einspannachse A ist die durch die Stützflächen 24 begrenzte Aussparung offen. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Aussparung in Richtung der Einspannachse A betrachtet konstant. Er kann beispielsweise dreieckförmig oder dreieckähnlich oder im Wesentlichen die Form eines Kreissegments ( 16) aufweisen.
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Mittels einer Antriebseinrichtung 25 ist die Stützteilanordnung 22 in Hubrichtung H, die rechtwinklig zur Einspannachse A und rechtwinklig zur Querrichtung Q ausgerichtet ist, zwischen einer Ruhestellung I und einer Stützstellung II bewegbar. In der Ruhestellung I sind die Stützteile 23 und die Stützflächen 24 von dem sich entlang der Einspannachse A erstreckenden Werkstück 13 entfernt. In der Ruhestellung I kann beispielsweise ein Werkstückwechsel vorgenommen werden, wie es schematisch in 1 veranschaulicht ist. In der Stützstellung II liegen sämtliche und beispielsgemäß die beiden Stützflächen 24 der Stützteilanordnung 22 an einer jeweiligen Stützstelle 26 am Werkstück 13 an (vergleiche z.B. 2, 9 und 10). Die Stützstellen 26 sind in Umfangsrichtung um das Werkstück 13 betrachtet mit Abstand zueinander angeordnet. In der Stützstellung II der Stützteilanordnung 22 greift ein in Hubrichtung H unterer Bereich des Werkstücks 13 in die Aussparung zwischen den Stützteilflächen 24 bzw. zwischen den Stützteilen 23 ein.
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Die Lünette 20 hat außerdem eine Erfassungseinrichtung 30. Die Erfassungseinrichtung 30 ist dazu eingerichtet, das Erreichen der Stützstellung II zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 30 erzeugt beim Ausführungsbeispiel ein elektrisches Signal, zumindest zu dem Zeitpunkt, zu dem die beiden Stützflächen 24 am Werkstück 13 zur Anlage kommen. Wird das Erreichen der Stützstellung II durch die Erfassungseinrichtung 30 erkannt, wird die Antriebseinrichtung 25 unverzüglich stillgesetzt. Dadurch wird ein Auslenken des Werkstücks 13 aus seiner Erstreckung entlang der Einspannachse A verhindert.
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Die Stützteile 23 sind vollständig, zumindest aber teilweise und jedenfalls im Bereich der Stützfläche 24 elektrisch leitend. Die Stützteile 23 der Stützteilanordnung 22 sind elektrisch voneinander isoliert. Die Erfassungseinrichtung 30 weist eine Gleichspannungsquelle 31 auf, mittels der eine Gleichspannung UG erzeugt wird. Ein Massepotential GND bildet ein erstes elektrisches Potential und die Gleichspannung UG bildet ein von dem ersten elektrischen Potential verschiedenes zweites elektrisches Potential. Es können auch zwei andere, voneinander verschiedene elektrische Potentiale verwendet werden. Im Prinzip arbeitet die Erfassungseinrichtung 30 derart, dass ein Stützteil 23 verglichen mit dem anderen Stützteil 23 oder dem Werkstück 13 auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential liegt, solange keine Berührung vorliegt, und dass bei der Berührung des Werkstücks 13 mit einer Stützfläche 24 oder mit beiden Stützflächen 24 ein Stromkreis geschlossen wird. Das Schließen dieses Stromkreises kann durch eine Auswerteeinheit 32 der Erfassungseinrichtung 30 erkannt werden. Die Auswerteeinheit 32 kann daraufhin beispielsweise wenigstens ein Ansteuersignal P1, P2 für die Antriebseinrichtung 25 erzeugen. Die Anzahl der Ansteuersignale P1, P2 hängt von der Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 25 und insbesondere der vorhandenen unabhängig steuerbaren Antriebseinheiten 33 ab.
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Die Erfassungseinrichtung 30 kann bei einem Ausführungsbeispiel auch dazu eingerichtet sein, das Berühren jeder Stützfläche 24 am Werkstück 13 separat zu erfassen. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in den 3 und 4 veranschaulicht.
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Bei dem in den 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 13 über die Einspanneinrichtung 12 mit dem Massepotential GND verbunden. Die Gleichspannungsquelle 31 ist über jeweils eine Schalteinrichtung 34 elektrisch mit jeweils einem Stützteil 23 verbunden. Sobald das betreffende Stützteil 23 in Kontakt mit dem Werkstück 13 gelangt, entsteht ein Potentialunterschied und es kann ein Strom von der Gleichspannungsquelle 31 zum Massepotential GND fließen. Dabei schaltet die Schalteinrichtung 34, die mit der Auswerteeinheit 32 elektrisch verbunden ist. Der Schaltvorgang kann durch die Auswerteeinheit 32 erkannt werden.
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Bei dem in 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel weisen die Schalteinrichtungen 34 eine galvanische Trennung auf und sind beispielsweise durch Optokoppler gebildet. In der elektrischen Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle 31 und dem Stützteil 23 ist jeweils die Optokopplerdiode 35 angeordnet. Der Optokopplertransistor 36 ist in Reihe zwischen einer Bezugsspannung UB und der Auswerteeinheit 32 angeordnet. Wenn der primärseitige Stromkreis mit der Optokopplerdiode 35 geschlossen wird und ein Strom durch die Optokopplerdiode 35 fließt, schaltet der Optokopplertransistor 36 um und geht beispielsgemäß in seinen leitenden Zustand. Dadurch liegt die Bezugsspannung UB am betreffenden Eingang der Auswerteeinheit 32 an, so dass die Auswerteeinheit 32 den Zeitpunkt erfasst, zu dem das betreffende Stützteil 23 das Werkstück 13 berührt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 3 und 4 können die beiden Stützteile 23 durch jeweils eine separate Antriebseinheit 33 in Hubrichtung H bewegt werden. Sobald die Stützfläche 24 des betreffenden Stützteils 23 das Werkstück 13 berührt, erzeugt die Erfassungseinrichtung 30 bzw. die Auswerteeinheit 32 ein entsprechendes Ansteuersignal P1 bzw. P2 und schaltet die zugeordnete Antriebseinheit 33 ab. Die jeweils andere Antriebseinheit 33 wird separat und unabhängig davon betrieben, bis auch das andere Stützteil 23 das Werkstück 13 berührt und die betreffende Antriebseinheit 33 abgeschaltet wird.
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Wie es in 3 veranschaulicht ist, kann die Einspannachse A in Querrichtung Q betrachtet versetzt sein relativ zu einer Mittelebene M, die mittig zwischen den beiden Stützteilen 23 angeordnet ist. Dies führt dazu, dass bei der Hubbewegung der Stützteilanordnung 22 nicht sämtliche Stützflächen 24 gleichzeitig in Kontakt mit dem Werkstück 13 gelangen. Durch das unabhängige Bewegen der Stützteile 23 in Hubrichtung H wird jede Bewegung des betreffenden Stützteils 23 genau dann gestoppt, wenn er das Werkstück 13 berührt. Somit bleibt die Erstreckung des Werkstücks 13 entlang der Einspannachse A aufrechterhalten. Es wird effektiv durch die Stützteileanordnung 22 mit den Stützteilen 23 abgestützt. Ein aufwendiges Ausrichten der Lünette 20 derart, dass die Mittelebene M zwischen den Stützteilen 23 exakt deckungsgleich ist mit der Einspannachse A, kann entfallen. Der Aufwand für das Einrichten der Lünette an der Werkzeugmaschine 10 ist daher erheblich reduziert.
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Anstelle zweier völlig separat ansteuerbarer Antriebseinheiten 33 kann es in Abwandlung zu dem Ausführungsbeispiel auch möglich sein, lediglich eine Antriebseinheit 33 vorzusehen und ein Differentialgetriebe zwischen der Antriebseinheit und den beiden separat bewegbaren Stützteilen 23 zwischenzuschalten. Sobald das erste Stützteil 23 am Werkstück 13 anliegt, wird lediglich noch das andere Stützteil 23 bewegt. Wenn die Erfassungseinrichtung 30 das Erreichen der Stützstellung II feststellt, wird die Antriebseinheit stillgesetzt.
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Bei den Ausführungsbeispielen der Lünette 20 gemäß der 5-24 sind die Stützteile 23 nicht separat und unabhängig voneinander angeordnet, sondern an einem gemeinsamen Trägerteil 40 angeordnet. Die Antriebseinrichtung 25 verfügt bei diesen Ausführungsbeispielen über eine einzige Antriebseinheit 33, beispielsweise einen Elektromotor, der das Trägerteil 40 mit der daran angeordneten Stützteilanordnung 22 in Hubrichtung H bewegt. Die beiden Stützteile 23 der Stützteilanordnung 22 sind über eine elektrische Isolationsanordnung 41 elektrisch voneinander isoliert. Zwischen den beiden Stützteilen 23 kann somit kein elektrischer Strom unmittelbar oder mittelbar über das Trägerteil 40 fließen. Die elektrische Isolationsanordnung 41 kann beispielsweise eine Trennschicht aufweisen, die die Stützteile 23 vom Trägerteil 40 trennt sowie eine weitere Trennschicht, die die beiden Stützteile 23 voneinander trennt. Anstelle einer Trennschicht zwischen den beiden Stützteilen 23 könnte auch ein Luftspalt vorhanden sein.
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Die Erfassungseinrichtung 30 kann bei allen Ausführungsbeispielen entsprechend der 4 ausgeführt sein. Bei Ausführungsbeispielen, die lediglich eine Antriebseinheit 33 aufweisen, ist es alternativ dazu jedoch ausreichend, wenn die Erfassungseinrichtung 30 das Erreichen der Stützstellung II erkennt.
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Bei dem in den 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfassungseinrichtung 30 ist ein Stützteil 23 über die Schalteinrichtung 34 mit der Gleichspannungsquelle 31 elektrisch verbunden. Das jeweils andere Stützteil ist mit dem Massepotential GND verbunden. Berührt das Werkstück 13 beide Stützteile 23, wird ein Stromkreis zwischen der Gleichspannungsquelle 31 und dem Massepotential GND geschlossen und das Schalten der Schalteinrichtung 34 kann analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch die Erfassungseinrichtung 32 erfasst werden. Sobald die Stützstellung II erreicht ist, erzeugt die Erfassungseinrichtung 32 das (einzige) Ansteuersignal P1 für die Antriebseinrichtung 25 und setzt die Antriebseinrichtung 25 still.
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Es hat sich gezeigt, dass die vorstehend erläuterte Art der elektrischen Ermittlung bzw. Erfassung des Erreichens der Stützstellung II der Stützteilanordnung 22 oder des Berührkontakts einer Stützfläche 24 mit dem Werkstück 13 sehr schnell erfolgen kann. Es treten fast keine Schaltverzögerungen zwischen dem Zeitpunkt des Berührens der Stützfläche(n) 24 am Werkstück 13 sowie dem Stillsetzen der Antriebseinrichtung 25 auf.
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In Abwandlung zu dieser Art der elektrischen Erfassung, können auch andere Erfassungsmittel wie Näherungssensoren, Kraftsensoren, Berührungssensoren, usw. eingesetzt werden, um den Berührkontakt zwischen einer Stützfläche 24 und dem Werkstück 13 und/oder Erreichen der Stützstellung II zu erfassen.
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Wie erläutert, findet beim Betrieb der Lünette 20 bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 5-24 keine Relativbewegung der Stützteile 23 zueinander statt. Diese sind am Trägerteil 40 angeordnet. Um einen Versatz zwischen der Einspannachse A und der Mittelachse M ausgleichen zu können, der durch eine nicht exakte Ausrichtung der Lünette in Querrichtung Q gegenüber der Einspannachse A an der Werkzeugmaschine 10 verursacht werden kann, weist die Lünette 20 eine Führungseinrichtung oder Lagereinrichtung 42 auf, die dem Trägerteil 40 und mithin der Stützteilanordnung 22 beim Ausführen der Hubbewegung in Hubrichtung H einen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad in Querrichtung Q ermöglicht. Bei einem Ausführungsbeispiel kann dieser zusätzlicher Freiheitsgrad durch ein Drehen oder Neigen des Trägerteils 40 erreicht werden, so dass die Mittelebene M zwischen den beiden Stützteilen 23 der Stützteilanordnung 22 gegenüber einer Bezugsebene E, die durch die Richtung parallel zur Einspannachse A und durch die Hubrichtung H aufgespannt ist, geneigt werden kann. Diese Neigung ist schematisch in 9 veranschaulicht. Die Bezugsebene E kann beispielsweise eine Vertikalebene darstellen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 5-15 weist die Lagereinrichtung 42 eine sich in Hubrichtung H erstreckende Lagerausnehmung 43 in einem ersten Lagerteil 44 auf. Am Trägerteil 40 ist ein Lagervorsprung 45, beispielsgemäß ein Lagerzapfen 46 vorhanden, der in die Lagerausnehmung 43 eingreift. In Querrichtung Q verbleibt dabei ein Spiel oder Freiraum zwischen dem Lagerzapfen 46 und dem ersten Lagerteil 44. Mit anderen Worten wird der Lagerzapfen 46 bei der Bewegung in Hubrichtung H nicht exakt spielfrei geführt, sondern kann sich innerhalb der Lagerausnehmung 43 in Querrichtung Q bewegen.
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Zu der Lagereinrichtung 42 gehören beim Ausführungsbeispiel ein zweites Lagerteil 47 und ein drittes Lagerteil 48, auf denen sich das Trägerteil 40 mit einem von der Einspannachse A bzw. dem Werkstück 13 entgegengesetzten Endabschnitt 40a abstützt. Zwischen den Lagerteilen 47, 48 und dem Endabschnitt 40a des Trägerteils 40 kann eine Gleitlagerstelle oder Wälzlagerstelle gebildet sein. Beim Ausführungsbeispiel sind das zweite Lagerteil 47 und das dritte Lagerteil 48 durch jeweils eine Rolle 49 gebildet. Der sich an den Lagerteilen 47, 48 bzw. den Rollen 49 abstützende Endabschnitt 40a des Trägerteils 40 verjüngt sich in Hubrichtung H von den Stützteilen 23 weg, insbesondere symmetrisch zur Mittelebene M. An den Berührstellen zwischen den Lagerteilen 47, 48 bzw. den Rollen 49 verläuft die Fläche des Endabschnitts 40a unter einem Winkel kleiner als 90° geneigt zur Hubrichtung H. Beim Ausführungsbeispiel ist die Kontur des Endabschnitts 40a kreisbogenförmig gekrümmt - und kann beispielsweise einen halbkreisförmigen Verlauf aufweisen - so dass die Tangenten zu der gekrümmten Fläche an den Berührstellen geneigt zur Hubrichtung H verlaufen.
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Mittels der Antriebseinrichtung 25 kann der Abstand der Rollen 49 in Querrichtung Q verändert werden. Werden die Rollen 49 aufeinander zubewegt, rollen sie am Endabschnitt 40a des Trägerteils 40 ab und das Trägerteil 40 mit der Stützteilanordnung 22 wird in Hubrichtung H auf die Einspannachse A zu bewegt. Durch das Spiel zwischen den Lagerzapfen 46 und dem ersten Lagerteil 44 innerhalb der Lageraussparung 43 und dadurch, dass das Trägerteil 40 am zweiten und dritten Lagerteil 47, 48 nur an- oder aufliegt, kann sich die Mittelebene M gegenüber der Bezugsebene E neigen. In 7 ist die Situation dargestellt, bei der während der Hubbewegung zunächst eine der beiden Stützflächen 24 in Kontakt mit dem Werkstück 13 gelangt. Dadurch, dass die Lagereinrichtung 42 keine spielfreie Führung bereitstellt und einen Bewegungsfreiheitsgrad in Querrichtung Q ermöglicht, gleitet die zuerst in Kontakt mit dem Werkstück 13 gelangende Stützfläche 24 bei der weiteren Hubbewegung des Trägerteils 40 an der Außenfläche des Werkstücks 13 entlang. Dabei findet an der Stützstelle 26, an der die Stützfläche 24 am Werkstück 13 anliegt, keine Relativbewegung der Stützfläche 24 radial zur Einspannachse A statt. Zwar bewegt sich das Stützteil 23 bis zum endgültigen Erreichen der Stützstellung II weiter relativ zum Werkstück 13, jedoch drängt das bereits anliegende Stützteil 23 das Werkstück 13 nicht aus seiner gewünschten Ausrichtung entlang der Einspannachse A. Vielmehr bewirkt die Anlage zwischen dem Stützteil 23 und dem Werkstück 13 eine Neigungs- oder Kippbewegung des Trägerteils 40 mit der Stützteilanordnung 22 gegenüber der Bezugsebene E. Wenn schließlich die Stützstellung II erreicht ist (9), ist die Mittelebene M gegenüber der Bezugsebene E geneigt. Das Werkstück 13 wird an zwei Stützstellen 26 durch jeweils eine Stützfläche 24 berührt und abgestützt.
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Der zusätzliche Kippfreiheitsgrad des die Stützteilanordnung 22 tragenden Trägerteils 40 wird nach dem Erreichen der Stützstellung II mittels einer Klemmeinrichtung 53 eliminiert. Die Klemmeinrichtung 53 hat hierfür wenigstens ein in Querrichtung Q bewegbares oder ein verformbares erstes Klemmteil 54. Durch eine entsprechende Verformung oder Bewegung in Querrichtung Q kann das erste Klemmteil 54 das Trägerteil 40 oder ein anderes mit dem Trägerteil 40 verbundenes Bauelement gegen ein zweites Klemmteil 55 drücken und mit einer Klemmkraft beaufschlagen. Beispielsweise kann das zweite Klemmteil 55 in Querrichtung Q feststehend ausgeführt sein. Bei dem schematisch in den 7-10 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das zweite Klemmteil 55 durch das erste Lagerteil 44 gebildet.
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In den 11 und 12 ist eine Realisierungsmöglichkeit für die Lünette 20 veranschaulicht. In der Teildarstellung gemäß 12 ist ein Ausführungsbeispiel für die Antriebseinrichtung 25 zu erkennen. Die durch einen Elektromotor gebildete Antriebseinheit 33 treibt eine Spindel 59 an, deren Spindelachse S beispielsgemäß in Querrichtung Q und mit Abstand zur Einspannachse A ausgerichtet ist. Die Spindel 59 ist beim Ausführungsbeispiel aus einem ersten Spindelteil 60 und einem zweiten Spindelteil 61 gebildet. Die beiden Spindelteile 60, 61 haben ein einander entgegengesetzt gewendelte Gewinde (Links- oder Rechtsgewinde). Auf jedem Spindelteil 60, 61 sitzt eine Spindelmutter 62, wobei die eine Spindelmutter 62 das erste Lagerteil 47 und die andere Spindelmutter 62 das zweite Lagerteil 48 trägt. Die beiden Spindelteile 60, 61 sind über ein Koppelelement 63 drehfest miteinander verbunden. Lediglich ein Spindelteil und beispielsgemäß das erste Spindelteil 60 ist unmittelbar mit der Antriebseinheit 33 verbunden. Wird das erste Spindelteil 60 angetrieben, dreht sich aufgrund der drehfesten Kopplung auch das zweite Spindelteil 61 in dieselbe Drehrichtung. Wegen der entgegengesetzten Gewindewendelung bewegen sich die Spindelmuttern 62 in Querrichtung Q entweder voneinander weg oder aufeinander zu, abhängig vom Drehsinn der Spindel 59. Den Weg, den jede Spindelmutter 62 dabei relativ zu einem Bezugspunkt in Querrichtung Q zurücklegt, ist gleich groß. Abhängig von der Drehrichtung der Antriebseinheit 33 bewegt sich das Trägerteil 40 mit der Stützteilanordnung 22 in Hubrichtung H in Richtung der Stützstellung II oder umgekehrt in Richtung der Ruhestellung I.
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In 15 ist die Lagerausnehmung 43 sowie der Lagervorsprung 45 bzw. der Lagerzapfen 46 veranschaulicht. Die Lagerausnehmung 43 ist beispielsgemäß durch einen in Hubrichtung H zur Einspannachse A hin offene schlitzförmige Aussparung gebildet. Die Breite dieser Lagerausnehmung 43 in Querrichtung Q ist größer als die Abmessung des Lagervorsprungs 45 bzw. der Durchmesser des Lagerzapfens 46, so dass ein Bewegungsspiel verbleibt.
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Das zweite Klemmteil 55 bzw. das erste Lagerteil 44 ist plattenförmig ausgestaltet. Das erste Lagerteil 44 ist gegenüber dem Trägerteil 40 feststehend an einem Gehäuse der Lünette 20 angeordnet.
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In den 13 und 14 ist auch ein Ausführungsbeispiel zur Realisierung der Klemmeinrichtung 53 veranschaulicht. Die Klemmeinrichtung 53 ist fluidbetätigt und kann über das Anlegen oder Abschalten eines Fluiddrucks, vorzugsweise eines pneumatischen Drucks zwischen einem Freigabezustand III (13) und einem Klemmzustand IV (14) umgeschaltet werden. Hierzu weist die Klemmeinrichtung 53 beispielsgemäß einen Fluidraum 66 auf. Durch Druckbeaufschlagung dieses Fluidraums 66 kann das erste Klemmteil 54 oder ein Teil des ersten Klemmteils 54 relativ zum zweiten Klemmteil 55 bewegt werden, um das Umschalten zwischen dem Freigabezustand III und dem Klemmzustand IV zu bewirken.
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Beispielsgemäß weist das erste Klemmteil 54 ein über eine Federanordnung 67 in dem Klemmzustand V vorgespanntes Klemmelement 68 auf. Das Klemmelement 68 ist mit einem Kolben 69 verbunden, der in einem Zylinderraum 70 des ersten Klemmteils 54 angeordnet ist. Der Fluidraum 66 bildet einen Teil des Zylinderraums und wird durch den Kolben 69 fluiddicht begrenzt. Bei einer Druckerzeugung im Fluidraum 66 bewegt der Kolben 69 das Klemmelement 68 entgegen der Kraft der Federanordnung 67 vom Trägerteil 40 weg und schaltet die Klemmeinrichtung 53 in den Freigabezustand III (13). Wird der Fluiddruck in dem Fluidraum 66 abgebaut, drängt die Federanordnung 67 das Klemmelement 68 zum Trägerteil 40 hin und schaltet die Klemmeinrichtung 53 in den Klemmzustand IV um (14). Der Übersichtlichkeit halber ist die Fluidverbindung einer Fluidquelle zum Fluidraum 66 in den 13 und 14 nicht veranschaulicht.
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Wie es anhand der schematischen Darstellungen in den 13 und 14 veranschaulicht ist, weist das erste Lagerteil 44 wenigstens eine Wälzlagereinrichtung 64. Die Wälzlagereinrichtung 64 hat ein Wälzelement 65, beispielsgemäß eine Kugel. Die Kugel ist gegen das Trägerteil 40 vorgespannt beweglich in der Wälzlagereinrichtung 64 angeordnet. Durch das Umschalten der Klemmeinrichtung 53 in den Klemmzustand IV, werden die Wälzelemente 65 der Wälzlagereinrichtungen 64 verschoben. Ein Spalt zwischen dem Trägerteil 40 und dem zweiten Klemmteil 55, in den die Wälzelemente 65 im Freigabezustand III hineinragen, um am Trägerteil 40 anzuliegen (13), wird geschlossen und das Trägerteil 40 liegt flächig an einer oder mehreren Stellen am zweiten Klemmteil 55 an. Das erste Klemmteil 54 erzeugt über das Klemmelement 68 eine Klemmkraft und das Trägerteil 40 wird zwischen dem Klemmelement 68 und dem zweiten Klemmteil 55 im Klemmzustand IV klemmend gehalten.
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Entsprechend den Wälzlagereinrichtungen 64 am zweiten Klemmteil 55 kann auch am ersten Klemmteil 54 wenigstens eine derartige Wälzlagereinrichtung 64 vorhanden sein. Im Freigabezustand III der Klemmeinrichtung 53 kann das Trägerteil 40 parallel zur Erstreckungsrichtung der Einspannachse A durch die Wälzlagereinrichtungen 64 abgestützt werden. Die Wälzelemente 65 gestatten dabei eine Bewegung in Querrichtung Q sowie in Hubrichtung H des Trägerteils mit geringer Reibung.
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Jedes Wälzelement 65 bildet eine Anlagestelle. Bei anderen Ausführungsformen können die Anlagestellen auch durch andere Lagerelemente gebildet sein. Die Wälzelemente 65 oder andere, alternative Lagerelemente können auch feststehend bzw. unverschiebbar ausgebildet sein, so dass sie beim Umschalten der Klemmeinrichtung 53 in den Klemmzustand IV, nicht verschoben werden.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform der Klemmeinrichtung 53 kann der Freigabezustand III nur durch Bereitstellen eines Fluiddrucks in der Fluidkammer 66 aufrechterhalten werden. Die Klemmeinrichtung 53 ist durch die Federanordnung 67 mechanisch in dem Klemmzustand IV vorgespannt. Es versteht sich, dass auch eine andere Ausführung vorgesehen werden kann, bei der bei Anlegen eines Fluiddrucks der Klemmzustand eingenommen wird und der Freigabezustand durch Abschalten des Fluiddrucks eingenommen wird.
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Bei dem in den 13 und 14 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Klemmelement 68 als separater bewegbarer Klemmbacken des ersten Klemmteils 54 ausgeführt. Das Klemmelement 68 kann auch ein verformbarer Bestandteil des ersten Klemmteils 54 sein. Beispielsweise kann das erste Klemmteil 54 als elastisch verformbarer Hohlkörper ausgeführt sein, dessen eine Wand zumindest abschnittsweise das Klemmelement 68 bildet. Durch Druckbeaufschlagung des Hohlraums, der den Fluidraum 66 darstellt, kann das erste Klemmelement 54 verformt werden und dadurch zum Beispiel in den Klemmzustand IV überführt werden.
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In 17 ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Stützteilanordnung 22 veranschaulicht. Die Stützteilanordnung 22 weist bei diesem Ausführungsbeispiel vier Stützteile 23 mit jeweils einer Stützfläche 24 auf. Die Stützteile 23 bilden jeweils ein Paar von zwei in Querrichtung Q benachbart angeordneten Stützteilen 23. Die beiden Paare der Stützteile 23 sind parallel zur Erstreckungsrichtung der Einspannachse A hintereinander angeordnet. Sämtliche Stützteile 23 sind mittels der Isolationsanordnung 41 voneinander elektrisch isoliert. Die Stützteile 23 sitzen auf einem gemeinsamen Trägerteil 40. Dieses Trägerteil 40 hat zusätzlich zu dem durch die Lagereinrichtung 42 bereitgestellten Bewegungsfreiheitsgrad in Querrichtung Q einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad parallel zur Erstreckungsrichtung der Einspannachse A. Über die Erfassungseinrichtung 30 wird der Berührkontakt jeder Stützfläche 24 am Werkstück 13 erfasst und die Stützstellung II ist dann erreicht, wenn alle vier Stützflächen 24 am Werkstück 13 anliegen. Dadurch kann auch die Neigung der Stützteilanordnung 22 relativ zur Einspannachse A korrigiert und das Werkstück 13 ohne Beeinträchtigung der Ausrichtung entlang der Einspannachse A abgestützt werden. Bei dieser Ausführung ist es analog zum Ausführungsbeispiel gemäß der 3 und 4 auch möglich, dass jedes Stützteil 23 separat in Hubrichtung H angetrieben und bei Kontakt mit dem Werkstück 13 individuell angehalten wird.
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In den 18-24 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lünette 20 dargestellt. Die Antriebseinrichtung 25 hat eine einzige, durch einen Elektromotor gebildete Antriebseinheit, die eine Spindel 59 drehbar antreibt. Die Spindelachse S der Spindel 59 erstreckt sich in Querrichtung Q mit Abstand zur Einspannachse A. Auf der Spindel 59 ist eine durch Drehen der Spindel 59 in Querrichtung Q bewegbare Spindelmutter 62 angeordnet. Die Spindelmutter 62 weist zwei sich entlang einer gemeinsamen Geraden, die parallel zur Einspannachse A ausgerichtet ist, angeordnete Lagerzapfen 75 auf. Die Lagerzapfen 75 ragen ausgehend von der Spindelmutter 62 in entgegengesetzte Richtungen weg. An jedem Lagerzapfen 75 ist mittels eines Wälzlagers 76 ein erstes Ende 77 jeweils eines Antriebselements 78 drehbar gelagert. Das jeweils andere, dem ersten Ende 77 entgegengesetzte zweite Ende 79 jedes Antriebselements 78 ist mittels eines weiteren Wälzlagers 76 an einem Achsstift 82 drehbar gelagert. Die Wälzlager 76 an den zweiten Enden 79 stellen jeweils eine Angriffsstelle dar, an denen ein Antriebselement 78 am Achsstift 82 angreift. Parallel zur Einspannachse A sind die beiden Antriebselemente 78 mit Abstand zueinander angeordnet. Die Länge des Antriebselements 78 zwischen den Lagerstellen am ersten Ende 77 und am zweiten Ende 79 ist ein Parameter, der den maximalen Hub der Stützteilanordnung 22 in Hubrichtung H mitbestimmt.
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Benachbart zum ersten Ende 77 ist an jedem Lagerzapfen 75 ein Stützlager 80, das als Wälzlager ausgeführt ist, angeordnet. Über das Stützlager 80 kann sich das benachbarte Antriebselement 78 auf einer Basisplatte 81 der Lünette 20 abstützen. Bei einer Bewegung der Spindelmutter 62 entlang der Spindel 59 wälzt sich das Stützlager 80 auf der Basisplatte 81 ab. In der Stützstellung II in das Antriebselement 78 eingeleitete Kräfte werden über das Stützlager 80 an der Basisplatte 81 abgestützt und müssen nicht über die Antriebseinrichtung 25 abgestützt werden.
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Der Achsstift 82 ist drehfest mit dem Trägerteil 40 verbunden. Beim Ausführungsbeispiel hat das Trägerteil 40 zwei parallel zur Einspannachse A entgegengesetzte Wandabschnitte 40b, in die die entgegengesetzten Enden des Achsstiftes 82 eingreifen und - beispielsweise über eine Passfeder oder ähnliches - eine drehfeste Verbindung zu dem Trägerteil 40 herstellen.
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Die Lagereinrichtung 42 kann bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel auch als Führungseinrichtung 85 bezeichnet werden. Die Führungseinrichtung 85 hat wenigstens eine und beispielsgemäß zwei Führungssäulen 86, die parallel zur Einspannachse A betrachtet mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die Führungssäulen 86 greifen in einen Führungsschuh 87 ein und sind dort in Hubrichtung H relativ zum Führungsschuh 87 bewegbar angeordnet. Diese Führung ist so ausgestaltet, dass ein Führungsspiel in Querrichtung Q gewährleistet ist. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Führungsschuh 87 gegenüber der Basisplatte 81 unbeweglich angeordnet und die wenigstens eine Führungssäule 86 ist fest mit dem Trägerteil 40 verbunden. Alternativ könnte auch der Führungsschuh 87 fest mit dem Trägerteil 40 und die wenigstens eine Führungssäule 86 fest mit der Basisplatte 81 verbunden sein. Wesentlich ist für die Führungseinrichtung 85 (die bei diesem Ausführungsbeispiel die Lagereinrichtung 42 bildet), dass das Trägerteil 40 einen Bewegungsfreiheitsgrad in Querrichtung Q aufweist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel kann sich das Trägerteil 40 um eine Drehachse D drehen, die durch die Mittelachse des Achsstiftes 82 gebildet ist. Dadurch kann eine auf einer Oberseite des Trägerteils 40 oberhalb des Achsstiftes 82 (in Hubrichtung H gesehen) angeordnete Stützteilanordnung 22 mit wenigstens zwei Stützteilen 23 relativ zur Einspannachse A geneigt oder gekippt werden, so dass sich die Mittelebene M zwischen den Stützteilen 23 gegenüber einer Bezugsebene E neigen kann, wie es anhand der 7-10 erläutert wurde. Diese Neigungsbewegung wird durch die Führungseinrichtung 85 entsprechend dem vorhandenen Führungsspiel begrenzt. Eine Neigbarkeit im Bereich von wenigen Grad ist jedoch ausreichend, um etwaige Abweichungen beim Ausrichten der Lünette 20 in Querrichtung Q relativ zur Einspannachse A ausgleichen zu können.
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Die Lünette 20 weist außerdem eine Klemmeinrichtung 53 auf. Die Klemmeinrichtung 53 weist ein erstes Klemmteil 54 auf, das mit der wenigstens einen Führungssäule 86 fest verbunden ist. Das erste Klemmteil 54 ist im Bereich zwischen den Wandabschnitten 40b des Trägerteils 40 angeordnet und umschließt den Achsstift 82 in dessen Umfangsrichtung zumindest teilweise. Das erste Klemmteil 54 ist elastisch verformbar und liegt im nicht verformten Ruhezustand fest an einem Abschnitt der Umfangsfläche des Achsstiftes 82 an. Dadurch wird eine Drehung des Achsstiftes 82 relativ zum ersten Klemmteil 54 verhindert und die Klemmeinrichtung 53 befindet sich in dem Klemmzustand IV. Da das erste Klemmteil 54 mit der wenigstens einen Führungssäule 86 der Führungseinrichtung 85 verbunden ist, wird im Klemmzustand IV eine Neigung des Trägerteils 40 um die Drehachse D verhindert.
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An einer Stelle kann zwischen das erste Klemmteil 54 und den Achsstift 82 ein Fluid unter Druck eingebracht werden (22). Dadurch wird das erste Klemmteil 54 elastisch verformt und beispielsgemäß radial zum Achsstift 82 aufgeweitet. Es entsteht ein Spalt zwischen dem Achsstift 82 und dem ersten Klemmteil 54, der ausreichend groß ist, um eine Relativverdrehung des ersten Klemmteils 54 und des Achsstiftes 82 um die Drehachse D zu ermöglichen. Die Klemmeinrichtung 53 befindet sich im Freigabezustand III. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der drehfest mit dem Trägerteil 40 verbundene Achsstift 82 sozusagen als Bestandteil des Trägerteils 40 betrachtet werden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Klemmeinrichtung 53 gemeinsam mit dem Trägerteil 40 in Hubrichtung H bewegt. Somit kann nach dem erstmaligen Erreichen der Stützstellung II die Klemmeinrichtung 53 in den Klemmzustand IV umgeschaltet werden und in diesem Klemmzustand IV verbleiben, solange dasselbe oder gleichartige Werkstücke 13 bearbeitet werden. Ein nochmaliges Umschalten der Klemmeinrichtung 53 in die Freigabestellung III und ein erneutes Justieren der Stützteilanordnung 22 relativ zur Einspannachse A sind bei den nachfolgenden Hubbewegungen zwischen der Ruhestellung I und der Stützstellung II nicht erforderlich. Lediglich wenn Werkstücke 13 mit anderen Außenabmessungen verwendet werden, wird die Klemmeinrichtung 53 in den Freigabezustand III umgeschaltet und richtet sich bei einer erstmaligen Hubbewegung von der Ruhestellung I in die Stützstellung II erneut an dem Werkstück 13 aus.
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In den 23 und 24 ist jeweils die Stützstellung II der Stützteilanordnung 22 der Lünette 20 veranschaulicht, wobei das Werkstück 13 in 23 einen ersten Durchmesser d1 und das Werkstück 13 in 24 einen zweiten Durchmesser d2 aufweist, der größer ist als der erste Durchmesser d1. Für die unterschiedlichen Werkstücke 13 können erforderlichenfalls unterschiedliche Stützteile 23 an dem Trägerteil 40 angebracht werden. Bei unterschiedlichen Durchmessern der Werkstücke 13 kann sich das Antriebselement 28 in unterschiedlichen Ausrichtungen befinden, wenn die Stützteilanordnung 22 in der Stützstellung II angeordnet ist. Während sich das Antriebselement 28 gemäß 23 bei Erreichen der Stützstellung II zwischen seinen Enden 77, 79 in etwa in Hubrichtung H erstreckt, ist das Antriebselement 78 bei Werkstücken 13 mit größerem Durchmesser bei Erreichen der Stützstellung II gegenüber der Hubrichtung H geneigt (24).
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Vorzugsweise ist der Neigungswinkel α, den das Antriebselement 78 in der Ruhestellung I relativ zu einer Ebene einnimmt, die rechtwinklig zur Hubrichtung H ausgerichtet ist, größer als ein Mindestwinkel von mindestens 25 Grad, mindestens 30 Grad oder mindestens 35 Grad. Dadurch ist sichergestellt, dass die Kraft der Antriebseinrichtung 25 ausreicht, um die Spindelmutter 62 entlang der Spindel 59 zu bewegen und dabei das Trägerteil 40 mit der Stützteilanordnung 22 aus der Ruhestellung I in Richtung zur Stützstellung II zu bewegen. Der Neigungswinkel α wird zwischen einer Ebene, die rechtwinklig zur Hubrichtung H ausgerichtet ist, und einer Verbindungslinie am Antriebselement 78 gemessen, die die Mittelpunkte der Lager am ersten Ende 77 und am zweiten Ende 79 verbindet.
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Wenn sich die Antriebselemente 78 bei einer Bewegung der Spindelmutter 62 entlang der Spindel 59 aufrichtet und der Neigungswinkel α zunimmt, bewegt sich die Stützteilanordnung 22 in Hubrichtung H auf das Werkstück 13 zu. Bewegt sich die Spindelmutter 62 in die entgegengesetzte Richtung, nimmt der Neigungswinkel α ab und die Stützteilanordnung 22 entfernt sich in Hubrichtung H vom Werkstück 13.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Trägerteil 40 mittels des Achsstiftes 82 durch die zwei parallel zur Einspannachse A mit Abstand angeordneten Antriebselemente 78 bewegt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ausrichtung des Achsstiftes bzw. der Drehachse D gegenüber der Einspannachse A einstellbar ist. Hierfür weist die Lünette 20 beispielsgemäß eine Einstelleinrichtung 90 auf. Die Einstelleinrichtung 90 ist beim Ausführungsbeispiel durch wenigstens einen der beiden Lagerzapfen 75 realisiert. Der Abschnitt des Lagerzapfens 75, an dem sich das erste Ende 77 des Antriebselements 78 abstützt, ist exzentrisch gegenüber dem Abschnitt des Lagerzapfens 75 angeordnet, der mit der Spindelmutter 62 verbunden ist. Durch eine Drehung des Lagerzapfens relativ zur Spindelmutter 62 kann somit eine exzentrische Bewegung des exzentrischen Abschnitts des Lagerzapfens 75, auf dem sich das Antriebselement 78 abstützt, bewirkt werden. Dadurch kann das Antriebselement 78 in seiner Erstreckungsrichtung relativ zum jeweils anderen Antriebselement 78 verschoben werden. Auf diese Weise ist durch die Exzenter-Einstelleinrichtung 90 beim Ausführungsbeispiel eine Neigung und mithin eine Neigungskorrektur der Drehachse D bzw. des Achsstiftes 82 relativ zur Einspannachse A ermöglicht.
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In Abwandlung zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Einstelleinrichtung 90 mittels eines exzentrischen Abschnitts auch zwischen dem Achsstift 82 und dem zweiten Ende 79 des Antriebselements 78 vorgesehen sein.
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Die Erfindung betrifft eine Lünette 20 sowie ein Verfahren zum Abstützen eines stabförmigen Werkstücks 13, das sich entlang einer durch eine Einspanneinrichtung 12 definierten Einspannachse A erstreckt. Die Lünette 20 weist eine Stützteilanordnung 22 mit zwei Stützteilen 23 auf, die jeweils eine Stützfläche 24 haben. In einer Stützstellung II liegen alle Stützflächen 24 an einer jeweiligen Stützstelle 26 am Werkstück 13 an. Mittels einer Antriebseinrichtung 25 kann die Stützteilanordnung 22 in einer Hubrichtung H von einer Ruhestellung I in die Stützstellung II und umgekehrt bewegt werden. Eine Erfassungseinrichtung 30 ist dazu eingerichtet, das Berühren der Stützflächen 24 mit dem Werkstück 13 bei Erreichen der Stützstellung II zu erfassen. Die Stützteilanordnung 22 wird über eine Lagereinrichtung 42, die auch als Führungseinrichtung 85 ausgebildet sein kann, bei der Bewegung in Hubrichtung H abgestützt. Die Antriebseinrichtung 25 und die Lagereinrichtung 42 sind dabei derart ausgeführt, dass sie an einer Stützstelle 26, wenn eine Stützfläche 24 das Werkstück 13 vor Erreichen der Stützstellung II berührt, eine weitere Bewegung dieser Stützfläche 24 zur Einspannachse A hin vermeidet, wodurch die gewünschte Ausrichtung des Werkstücks 13 in seiner Erstreckung entlang der Einspannachse A aufrechterhalten bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeugmaschine
- 11
- Schleifwerkzeug
- 12
- Einspanneinrichtung
- 13
- Werkstück
- 14
- Maschinenachsanordnung
- 15
- translatorische Maschinenachse
- 16
- rotatorische Maschinenachse
- 20
- Lünette
- 21
- Maschinenbett
- 22
- Stützteilanordnung
- 23
- Stützteil
- 24
- Stützfläche
- 25
- Antriebseinrichtung
- 26
- Stützstelle
- 30
- Erfassungseinrichtung
- 31
- Gleichspannungsquelle
- 32
- Auswerteeinheit
- 33
- Antriebseinheit
- 34
- Schalteinrichtung
- 35
- Optokopplerdiode
- 36
- Optokopplertransistor
- 40
- Trägerteil
- 40a
- Endabschnitt des Trägerteils
- 40b
- Wandabschnitt des Trägerteils
- 41
- elektrische Isolationsanordnung
- 42
- Lagereinrichtung
- 43
- Lagerausnehmung
- 44
- erstes Lagerteil
- 45
- Lagervorsprung
- 46
- Lagerzapfen
- 47
- zweites Lagerteil
- 48
- drittes Lagerteil
- 49
- Rolle
- 53
- Klemmeinrichtung
- 54
- erstes Klemmteil
- 55
- zweites Klemmteil
- 59
- Spindel
- 60
- erstes Spindelteil
- 61
- zweites Spindelteil
- 62
- Spindelmutter
- 63
- Koppelelement
- 64
- Wälzlagereinrichtung
- 65
- Wälzelement
- 66
- Fluidraum
- 67
- Federanordnung
- 68
- Klemmelement
- 69
- Kolben
- 70
- Zylinderraum
- 75
- Lagerzapfen
- 76
- Wälzlager
- 77
- erstes Ende des Antriebselements
- 78
- Antriebselement
- 79
- zweites Ende des Antriebselements
- 80
- Stützlager
- 81
- Basisplatte
- 82
- Achsstift
- 85
- Führungseinrichtung
- 86
- Führungssäule
- 87
- Führungsschuh
- 90
- Einstelleinrichtung
- α
- Neigungswinkel
- I
- Ruhestellung
- II
- Stützstellung
- III
- Freigabezustand
- IV
- Klemmzustand
- A
- Einspannachse
- D
- Drehachse
- E
- Bezugsebene
- GND
- Massepotential
- H
- Hubrichtung
- M
- Mittelebene
- P1
- Ansteuersignal
- P2
- Ansteuersignal
- Q
- Querrichtung
- S
- Spindelachse
- UB
- Bezugsspannung
- UG
- Gleichspannung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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