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Die Erfindung betrifft ein System, mit einem Werkstück in Form einer Gewindespindel und mit einer Feinbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung der Gewindespindel, wobei die Feinbearbeitungsvorrichtung ein abrasiv wirkendes Feinbearbeitungswerkzeug in Form eines Abrasivbandes aufweist, ferner ein Andrückelement zum Andrücken des Abrasivbandes einen Gewindeabschnitt der Gewindespindel, wobei das Andrückelement einen Andrückabschnitt aufweist, der unter Zwischenlage des Abrasivbandes in einen Arbeitsraum einbringbar ist, der von zwei zueinander benachbarten, einander zugewandten Gewindeflanken begrenzt ist.
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Aus der
DE 10 2014 111 790 A1 ist eine Verfahren zum Polieren einer Kugelumlaufspindel bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Andrückwalze verwendet, die ein Polierband in die umlaufende, rillenförmige Vertiefung der Kugelumlaufspindel drückt. Dabei entspricht der Radius der Kontur der Andrückwalze zuzüglich der Dicke des Polierbands dem Radius des Profils der rillenförmigen Vertiefung.
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Prinzipiell wäre es möglich, das vorstehende Verfahren auch zur Bearbeitung von Gewindespindeln zu verwenden, welche einen Arbeitsraum zwischen zwei zueinander benachbarten, einander zugewandten Gewindeflanken begrenzen. Die Rohgeometrie einer Gewindespindel entsteht beispielsweise im Rahmen eines Gewindewalz- oder Gewinderollprozess, bei welchen zylindrische Rohlinge so verformt werden, dass eine Gewindestruktur entsteht. Solchermaßen hergestellte Rohgeometrien weisen verfahrensbedingte Unregelmäßigkeiten, also Abweichungen der Geometrie der Gewindeflanken von einer Sollgeometrie, auf. Bei einer Anwendung des in der
DE 10 2014 111 790 A1 offenbarten Verfahrens bei einer Gewindespindel unterlägen die Andrückwalze und das Polierband, bedingt durch die beschriebenen Unregelmäßigkeiten, einem stark erhöhten Verschleiß. Dies ist insbesondere bei der Bearbeitung relativ langer Werkstücke nachteilig.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Feinbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, die Gewindeflanken einer Gewindespindel mit einer definierten Oberflächenstruktur zu versehen, wobei vorstehend diskutierte Nachteile vermieden werden sollen.
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Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in einer Grundstellung des Andrückelements der Andrückabschnitt und das Abrasivband mit Spiel behaftet in dem Arbeitsraum anordenbar sind, dass ein Schwenkantrieb vorgesehen ist, mittels welchem das Andrückelement um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, wobei in einer relativ zu der Grundstellung verschwenkten Arbeitsstellung des Andrückelements der Andrückabschnitt mit zwei voneinander abgewandten Andrückflächen unterschiedliche Abschnitte des Abrasivbandes gegen die einander zugewandten Gewindeflanken drückt.
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Erfindungsgemäß sind die Abstände der Gewindeflanken einerseits und die Geometrie des Andrückabschnitts des Andrückelements sowie die Dicke des Abrasivbandes andererseits derart aufeinander abgestimmt, dass zumindest in einer Grundstellung des Andrückelements der Andrückabschnitt und das Abrasivband mit Spiel behaftet in dem zwischen den Gewindeflanken begrenzten Arbeitsraum anordenbar sind. Das Andrückelement ist um eine Schwenkachse verschwenkbar, sodass der Andrückabschnitt in einer Arbeitsstellung mit voneinander abgewandten Andrückflächen an den Gewindeflanken der Gewindespindeln anliegt. Es wird also zunächst ein Spiel vorgehalten, dass dann durch das Verschwenken des Andrückelements ausgeglichen wird. Etwaige Veränderungen des Abstands der Gewindeflanken (eingangs beschriebene „Unregelmäßigkeiten“) längs des Verlaufs des Gewindes der Gewindespindel können durch minimale Verschwenkbewegungen des Andrückelements ausgeglichen werden.
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Es ist bevorzugt, dass der Schwenkantrieb kraftgesteuert ist, sodass die Anlage der Andrückflächen an rückseitigen Abschnitten des Abrasivbandes und das Andrücken vorderseitiger abrasiv wirkender Abschnitte des Abrasivbandes an den Gewindeflanken mit einer vorgebbaren Kraft erfolgt. Dadurch ist eine konstante Andrückkraft gewährleistet, wobei gleichzeitig - durch minimale Schwenkbewegungen des Andrückelements - geometrische Unregelmäßigkeiten der Gewindeflanken ausgeglichen werden können.
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Es ist bevorzugt, dass das Andrückelement in seiner Grundstellung bezogen auf die zwei einander zugewandten Gewindeflanken symmetrisch ausgerichtet ist, um in der Grundstellung ein jeweiliges Spiel zu beiden Gewindeflanken vorzuhalten.
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Vorzugsweise verläuft die Schwenkachse senkrecht zu der Werkstückachse. Dies vereinfacht die Definition der Grundstellung und ermöglicht es, einen im Profil symmetrischen Andrückabschnitt zu verwenden.
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Vorzugsweise schneidet die Schwenkachse die Werkstückachse. Dies ermöglicht es, den Verlauf und die Länge der jeweiligen Kontaktbereiche der Andrückflächen optimal zu verteilen, sodass die beiden Kontaktbereiche vorzugsweise hinsichtlich ihrer Länge und ihres Verlaufs zueinander symmetrisch sind.
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Ferner ist es bevorzugt, dass ein Rotationsantrieb zur Rotation des Werkstücks um die Werkstückachse vorgesehen ist. Dies ist eine einfache Möglichkeit, hohe Schnittgeschwindigkeiten bereitzustellen.
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Vorzugsweise ist das Andrückelement in Form einer Andrückscheibe ausgebildet. Eine solche Scheibe ermöglicht die Bereitstellung eines Andrückabschnitts in Form eines endlos umlaufenden Andrückabschnitts.
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Es ist bevorzugt, dass das Andrückelement um eine Drehachse verdrehbar ist. Dies ermöglicht es, einen Andrückabschnitt durch einfaches Drehen des Andrückelements nachführen zu können, wobei die Geschwindigkeit des Andrückabschnitts vorzugsweise mit einer Vorschubgeschwindigkeit des Abrasivbandes korrespondiert.
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Vorzugsweise verläuft die Drehachse des Andrückelements in der Grundstellung des Andrückelements zu der Werkstückachse parallel. Auf diese Weise kann ein bezogen auf den Arbeitsraum vergleichsweise großer Andrückabschnitt bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Drehachse von einem Drehlager gebildet ist, das mittels des Schwenkantriebs verschwenkbar ist. Dies ermöglich es, ein um die Drehachse drehbares Andrückelement zu verschwenken.
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Bevorzugt ist es, wenn das Andrückelement längs der Drehachse in axialer Richtung längs eines begrenzten Axialwegs bewegbar ist. Hierdurch wird eine weitere Ausgleichsmöglichkeit zur Kompensation von Unregelmäßigkeiten der Gewindeflanken geschaffen. Außerdem ist es somit möglich, dass eine Umdrehungsbewegung der Gewindespindel, eine Steigung des Gewindes einerseits und eine Relativbewegung des Abrasivbandes in einer zu der Werkstückachse parallelen Richtung nicht perfekt zueinander synchronisiert werden müssen.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn eine Feststelleinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher eine Position des Andrückelements längs der Drehachse in axialer Richtung lösbar feststellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Position des Andrückelements längs der Drehachse festlegbar ist, sodass der Andrückabschnitt von außen her kollisionsfrei in den Arbeitsraum eingebracht werden kann. Während der Feinbearbeitung kann die Feststelleinrichtung gelöst werden, sodass die vorstehend beschriebene, weitere Ausgleichsmöglichkeit realisiert wird.
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Vorzugsweise ist eine Bandfördereinrichtung vorgesehen, mittels welcher das Abrasivband zumindest in einer Vorschubrichtung förderbar ist. Besonders bevorzugt ist ein kontinuierlicher Bandvorschub, wodurch eine aufwändige Indexierung vermieden wird und gleichzeitig gewährleistet ist, dass entlang des Verlaufs des Gewindes der Gewindespindel kontinuierlich frisches Abrasivband zur Verfügung gestellt werden kann.
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Es ist möglich, dass die Bandfördereinrichtung auch in einer Rückschubrichtung fördert, sodass das Abrasivband „sägeartig“ hin- und herbewegt wird, wodurch eine zusätzliche Bewegungskomponente erzeugt wird, ähnlich einer Oszillationsbewegung bei einem Finishverfahren.
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Vorzugsweise ist eine Positioniereinrichtung vorgesehen, mittels welcher das Andrückelement, vorzugsweise auch der Schwenkantrieb, in einer zu der Schwenkachse parallelen Richtung und/oder in einer bezogen auf die Werkstückachse radialer Richtung positionierbar ist. Dies ermöglicht eine automatisierte Einbringung des Andrückabschnitts in den Arbeitsraum.
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Vorzugsweise ist eine Verfahreinrichtung vorgesehen, mittels welcher das Andrückelement, vorzugsweise auch der Schwenkantrieb, in einer zu der Werkstückachse parallelen Richtung verfahrbar ist, vorzugsweise entlang der gesamten Länge des Werkstücks. Hierdurch ist es möglich, dass die Gesamtlänge des Systems nicht länger oder nicht wesentlich länger als die Länge des Werkstücks sein muss.
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Ferner ist es möglich, dass eine Oszillationseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Abrasivband erzeugbar ist, die bezogen auf die Werkstückachse in tangentialer Richtung verläuft. Hierdurch lässt sich eine Finishbearbeitung realisieren, welche durch eine Überlagerung von Rotationsbewegung des Werkstücks relativ zu dem Werkzeug (hier: Abrasivband) und einer Oszillationsbewegung des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück charakterisiert ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Feinbearbeitungsvorrichtung zur Verwendung bei einem vorstehend beschriebenen System.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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In der Zeichnung zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Systems mit einer Feinbearbeitungsvorrichtung und mit einer Gewindespindel;
- 2 eine Draufsicht eines Teils eines Andrückelements der Feinbearbeitungsvorrichtung und der Gewindespindel gemäß 1, wobei das Andrückelement in seiner Grundstellung dargestellt ist;
- 3 eine der 2 entsprechende Ansicht, mit schematischer Darstellung eines Abrasivbandes;
- 4 eine Schnittansicht längs einer in 3 mit IV-IV bezeichneten Schnittebene;
- 5 eine der 2 entsprechende Ansicht, wobei das Andrückelement in einer aus seiner Grundstellung verschwenkten Arbeitsstellung dargestellt ist;
- 6 eine perspektivische Ansicht des Systems in der Arbeitsstellung des Andrückelements;
- 7 eine Rückansicht der Feinbearbeitungsvorrichtung in der Grundstellung des Andrückelements;
- 8 eine der 7 entsprechende Ansicht in der Arbeitsstellung des Andrückelements; und
- 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Systems mit einer Feinbearbeitungsvorrichtung und mit einer Gewindespindel, wobei die Feinbearbeitungsvorrichtung eine Oszillationseinrichtung aufweist.
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Ein in der Zeichnung dargestelltes System 10 umfasst ein Werkstück 12 in Form einer Gewindespindel 14, die sich längs einer Werkstückachse 16 erstreckt. Die Gewindespindel 14 ist mittels eines schematisch dargestellten Rotationsantriebs 18 um die Werkstückachse 16 rotierend antreibbar. Beispielsweise handelt es sich bei der Gewindespindel 14 um eine Trapezspindel. Diese kann abweichend von der zeichnerischen Darstellung sehr lang sein, bspw. 1 m oder 1,5 m.
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Das System umfasst ferner eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete Feinbearbeitungsvorrichtung. Diese umfasst ein in 1 schematisch mit einer strichpunktierten Linie dargestelltes Abrasivband 22. Dieses ist mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Bandfördereinrichtung in Vorschubrichtung 24 und optional zusätzlich in Rückschubrichtung 26 förderbar.
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Die Feinbearbeitungsvorrichtung 20 ist mittels einer schematisch dargestellten Verfahreinrichtung 28 längs einer Verfahrachse 30 verfahrbar, vorzugsweise in einer zu der Werkstückachse 16 parallelen Richtung.
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Die Feinbearbeitungsvorrichtung 20 weist eine Positioniereinrichtung 32 auf, mit einer Antriebseinheit 34 zum Antrieb eines Gestellteils 36 in einer zu der Werkstückachse 16 radialen Richtung.
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An dem Gestellteil 36 ist ein Schwenkantrieb 38 befestigt, mittels welchem ein Schwenkträger 40 um eine Schwenkachse 42 verschwenkbar ist. Die Schenkachse 42 verläuft senkrecht zu der Werkstückachse 16 und schneidet diese.
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An dem Schwenkträger 40 ist ein Andrückelement 44 in Form einer Andrückscheibe 46 um eine Drehachse 48 drehbar gelagert. Hierfür ist an dem Schwenkträger 40 ein Drehlager (ohne Bezugszeichen) angeordnet.
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Längs der Drehachse 48 ist die Andrückscheibe 46, wie mit einem in 1 mit Doppelpfeil 50 angedeutet, axial bewegbar. Zur Feststellung und Freigabe der Andrückscheibe 46 längs der Drehachse 48 ist eine Feststelleinrichtung 50 vorgesehen. Diese weist einen Feststellantrieb 52 auf, der an dem Schwenkträger 40 befestigt ist und ein keilförmiges Abtriebselement 56 aufweist. Dieses greift zwischen zwei in axialer Richtung fest mit der Drehachse 48 verbundene Begrenzungsscheiben 58 und 60 ein. Je nach Stellung des Abtriebselement 56 sind die Begrenzungsscheiben 58 und 60 und somit die Drehachse 48 und somit die Andrückscheibe 56 in axialer Richtung bewegbar oder nicht.
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Die Andrückscheibe 46 weist randseitig einen Andrückabschnitt 62 auf, mit zwei auf einander abgewandten Andrückflächen 64 und 66, vgl. 2. In 2 ist das Abrasivband 22 nicht dargestellt. Die Andrückscheibe 46 nimmt ihre Grundstellung ein, in der die Drehachse 48 parallel zu der Werkstückachse 16 ausgerichtet ist.
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Die Gewindespindel weist einen Gewindeabschnitt 68 auf, der im Profil einander zugewandte Gewindeflanken 70 und 72 aufweist, die gemeinsam einen Arbeitsraum 74 begrenzen. In 2 ist dies zur Verbesserung der Übersichtlichkeit zwei Gewindegänge versetzt zu dem Andrückabschnitt 62 dargestellt; es versteht sich aber, dass der Andrückabschnitt 62 in einem Arbeitsraum 74 angeordnet ist, der von zwei Gewindeflanken 70 und 72 begrenzt ist.
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In 3 und 4 ist ausgehend von 2 auch das Abrasivband 22 dargestellt, das mit einem Randabschnitt 22a an einer ersten Gewindeflanke 70, mit einem Randabschnitt 22b an einer gegenüberliegenden zweiten Gewindeflanke 72 und mit einem zentralen Abschnitt 22c an einem Gewindegrund 76 (vgl. 2) anliegt, in der Grundstellung der Andrückscheibe 46 mit Spiel behaftet (bspw. 0,5 mm bis 3 mm).
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Ein Verschwenken der Andrückscheibe in eine Arbeitsstellung bewirkt eine Bewegung der Andrückflächen 64 bzw. 66 in Richtung der jeweils benachbarten Gewindeflanken 70 bzw. 72. Unter Aufhebung des Spiels wird das Abrasivband 22 mit den Randabschnitten 22a bzw. 22b gegen die Gewindeflanken 70 bzw. 72 gedrückt, vgl. 6. Dort sind Andrückbereiche, in denen die Randabschnitte 22a bzw. 22b des Abrasivbands 22 wirksam sind, mit Bezugszeichen 78 bzw. 80 bezeichnet.
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Zur Definition der Schwenklagen ist es bevorzugt, dass Endlagen des Schwenkträgers 40 durch Anschläge 82 und 84 vorgegeben sind. Der Schwenkträger 40 weist eine Nase 86 auf, die zwischen den Anschlägen 82 und 84 angeordnet ist. In der Grundstellung der Andrückscheibe 46 liegt die Nase 86 an dem ersten Anschlag 82 an, vgl. 7. In einer maximal verschwenkten Stellung liegt die Nase 86 an dem zweiten Anschlag 84 an, vgl. 8. Der insgesamt zur Verfügung stehende Schwenkwinkel 88 ist beträgt beispielsweise maximal 15° oder maximal 10°. Typische Arbeitsstellungen der Arbeitsscheibe korrespondieren mit kleineren Winkeln von beispielsweise 1° bis 5°, jeweils bezogen auf die Grundstellung (vgl. 7 bzw. Bezugslinie 90 in 8).
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Die Besonderheit der in 9 dargestellten Ausführungsform eines Systems 10 besteht darin, dass eine Oszillationseinrichtung 92 vorgesehen ist. Dieser ist an dem Gestellteil 36 fixiert und dient dazu, den Schwenkträger 40 und damit verbundene Bauteile längs einer Oszillationsachse 94 hin- und herzubewegen. Die Achse 94 verläuft tangential zu der Werkstückachse 16. Bei aktiver Oszillationseinrichtung 92 wird der Rotationsbewegung zwischen Werkstück 12 und Abrasivband 22 eine lineare Oszillationsbewegung überlagert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014111790 A1 [0002, 0003]
