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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Bei dem jeweiligen Verfahren wird das jeweilige Werkstück mittels eines Zerspanungswerkzeugs spanend bearbeitet. Hierzu wird beispielsweise mittels eines Antriebs wenigstens eine Relativbewegung zwischen dem Zerspanungswerkzeug und dem Werkstück bewirkt, insbesondere während das Zerspanungswerkzeug das Werkstück berührt.
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Außerdem offenbart die
DE 37 30 392 A1 ein Verfahren zum Konstanthalten der Schneidbedingungen an einer Rotationsstanze zur Erzeugung profilierter und gerader Schnitte an bewegten Bahnen oder flachen Einzelartikeln aus Folie oder Papier, insbesondere zur Herstellung von Hygieneprodukten, Briefhüllen, Flachbeuteln oder dergleichen, mittels eines rotierenden Schneidwerkzeugs und eines festen oder rotierenden Gegenwerkzeugs.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders präzise Bearbeitung des Werkstücks realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders präzise Bearbeitung des Werkstücks realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Zerspanungswerkzeug mittels einer, insbesondere separat von dem Werkzeug und separat von dem Werkstück ausgebildeten und zusätzlich dazu vorgesehenen, Heizeinrichtung gezielt erwärmt wird, um dadurch eine, insbesondere zumindest außenumfangsseitige, gezielte Ausdehnung des Zerspanungswerkzeugs zu bewirken. Beispielsweise wird das Zerspanungswerkzeug während des spanenden Bearbeitens des Werkstücks erwärmt und/oder warm gehalten. Hierdurch kann das Zerspanungswerkzeug auf ein gewünschtes Maß gebracht beziehungsweise auf dem gewünschten Maß gehalten werden, sodass das Werkstück besonders maßhaltig spanend bearbeitet werden kann.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Üblicherweise werden Werkstücke beziehungsweise Bauteile wie beispielsweise Turboladergehäuse derart spanend bearbeitet, dass das jeweilige Bauteil mit wenigstens einer Bohrung versehen wird. Daraufhin wird beispielsweise das jeweilige Bauteil derart spanend bearbeitet, dass die Bohrung mittels einer festen, das heißt nicht einstellbaren Reibahle auf ein vorgegebenes Passmaß feinbearbeitet wird. Dies kann auch bei anderen Bauteilen vorgesehen werden. Ferner ist es denkbar, ein Werkstück durch Räumen, Bohren oder Reiben spanend zu bearbeiten. Zum spanenden Bearbeiten kommt herkömmlicherweise ein auch als Werkzeug bezeichnetes Reibwerkzeug zum Einsatz. Durch Herstelltoleranzen des Werkzeugs, Verschleiß des Werkzeugs und/oder durch Temperatureinflüsse von außen und/oder durch Vorprozesse wie Bohr- und/oder Fräsprozesse kann es vorkommen, dass ein durch das spanende Bearbeiten herzustellendes Merkmal nicht auf ein gewünschtes beziehungsweise optimales Maß oder nicht in einem gewünschten oder optimalen Maßbereich hergestellt werden kann. Temperatureinflüsse von außen können beispielsweise durch eine Umgebungstemperatur bewirkt werden, welche beispielsweise dann, wenn das spanende Bearbeiten in einer Halle durchgeführt wird, eine Hallentemperatur, das heißt eine in der Halle herrschende Temperatur ist. In der Regel fällt durch Werkzeugverschleiß oder höheren Temperaturschwund das Maß kleiner aus als eigentlich gewünscht und beabsichtigt. Besonders auffällig ist dieses Verhalten bei sogenannten Trockenbearbeitungsprozessen oder MMS, bei welchen kein Kühlschmiermedium zur hauptsächlichen Temperierung des Prozesses beiträgt.
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Ein Wechsel des Werkzeugs zum Beispiel auf ein neues, nicht verschlissenes Werkzeug mit einem größeren Ausgangsmaß ist die bislang einzig wirkungsvolle Maßnahme. Dies verursacht jedoch Kosten, da ein neues Werkzeug verwendet werden muss und da es zu einem Maschinenausfall beziehungsweise zu einem Maschinenstillstand durch Werkzeugwechsel und gegebenenfalls Ausschuss kommen kann.
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Um die zuvor genannten Nachteile und Probleme zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, die Wärmeausdehnung des beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Werkzeugs, insbesondere eines beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Werkzeugträgers des Werkzeugs, so zu nutzen beziehungsweise so zu beeinflussen und zu steuern, dass durch das Erwärmen des Zerspanungswerkzeugs ein insbesondere außenumfangsseitiges Maß des Zerspanungswerkzeugs gezielt vergrößert wird. Hierdurch kann den oben beschriebenen Effekten wie beispielsweise Temperatureinflüssen, Verschleiß etc. entgegengewirkt werden. In der Folge kann ein Herstellungsprozess mit höherer Fähigkeit und längeren Standzeiten (Kostenausnutzung des Werkzeugs durch längere Einsatzzeiten) realisiert werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere vorgesehen, wenigstens einen Schneidenteil des Zerspanungswerkzeugs durch einen gezielten Energiebeziehungsweise Wärmeeintrag und dabei beispielsweise durch Induktion und/oder mittels Heißgas, insbesondere mittels Heißluft, zu erwärmen beziehungsweise warm zu halten. Durch den bekannten beziehungsweise ermittelten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Zerspanungswerkzeugs beziehungsweise des Materials, aus welchem das Zerspanungswerkzeug gebildet ist, kann eine Prognose auf die Größenzunahme pro Grad Celsius vorgenommen werden. Hierdurch kann der Prozess des Wärmeeintrags in das Zerspanungswerkzeug gesteuert oder geregelt werden. Idealerweise erfolgt die Wärmeeinbringung bis kurz vor der eigentlichen spanenden Bearbeitung und somit hauptzeitneutral, sodass keine anderweitige Beeinflussung zum Beispiel ungeplante Abkühlung stattfindet. Der Wärmeeintrag kann zum Beispiel durch positionierbare Induktionsspulen und/oder durch wenigstens einen konstanten Warmluftstrahl auf den Schneidenteil des Werkzeugs erfolgen, wobei der Warmluftstrahl beispielsweise eine Düse durchströmt und somit von der Düse bereitgestellt wird. Die Erfindung ermöglicht somit eine maßliche Steuerung eines eigentlich maßlich fixen Werkzeugs in Form des Zerspanungswerkzeugs. Dadurch können im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren eine bessere Prozessfähigkeit des herzustellenden Merkmals und längere Standzeiten des Zerspanungswerkzeugs infolge einer Verschleißkompensation realisiert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Zerspanungswerkzeugs, mittels welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
- 2 eine weitere schematische Seitenansicht des Zerspanungswerkzeugs, mittels welchem das Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform durchgeführt wird;
- 3 eine weitere schematische Seitenansicht des Zerspanungswerkzeugs, mittels welchem das Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform durchgeführt wird; und
- 4 eine schematische Seitenansicht eines Zerspanungswerkzeugs, mittels welchem das Verfahren gemäß einer vierten Ausführungsform durchgeführt wird.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein einfach auch als Werkzeug bezeichnetes Zerspanungswerkzeug 10. Im Folgenden wird anhand von 1 eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum spanenden Bearbeiten eines auch als Bauteil bezeichneten Werkstücks beschrieben. Bei dem Verfahren wird das Werkstück mittels des Zerspanungswerkzeugs 10 spanend bearbeitet. Hierzu wird mittels eines als Antriebsspindel 12 ausgebildeten Antriebs wenigstens eine Relativbewegung, insbesondere eine Relativdrehung, zwischen dem Zerspanungswerkzeug 10 und dem Werkstück bewirkt, insbesondere während das Zerspanungswerkzeug 10, insbesondere ein Schneidenteil des Zerspanungswerkzeugs 10, das Werkstück berührt. Insbesondere wird die Relativdrehung zwischen dem Werkstück und dem Zerspanungswerkzeug 10 derart bewirkt, dass das Zerspanungswerkzeug 10 mittels der auch als Arbeitsspindel bezeichneten Antriebsspindel 12 um eine Drehachse 14 relativ zu dem Werkstück gedreht wird.
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Um nun herstellungsbedingten Toleranzen und/oder einem Verschleiß des Zerspanungswerkzeugs 10 entgegenwirken zu können und in der Folge das Werkstück besonders präzise bearbeiten zu können, ohne das Zerspanungswerkzeug 10 gegen ein neues, unverschlissenes Werkzeug austauschen zu müssen, ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass das Zerspanungswerkzeug 10, insbesondere der Schneidenteil des Zerspanungswerkzeugs 10, mittels einer Heizeinrichtung 16 gezielt erwärmt wird, wodurch eine gezielte Ausdehnung des Zerspanungswerkzeugs 10, insbesondere des Schneidenteils, bewirkt wird. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform umfasst die Heizeinrichtung 16 eine auch als Induktionsspule bezeichnete Induktionsspirale 18, mittels welcher das Zerspanungswerkzeug 10 zumindest in einem Teilbereich induktiv erwärmt wird. Dabei umfasst der Teilbereich beispielsweise zumindest den zuvor genannten Schneidenteil, mittels welchem das Werkstück spanend bearbeitet wird. Die Induktionsspirale 18 ist dabei an einem Schwenkarm 20 gehalten und kann beispielsweise mittels des Schwenkarms 20 um eine Schwenkachse 22 relativ zu dem Zerspanungswerkzeug 10 verschwenkt werden. Hierdurch kann beispielsweise die Induktionsspirale 18 derart relativ zu dem Zerspanungswerkzeug 10 positioniert werden, dass zumindest der Teilbereich des Zerspanungswerkzeugs 10 in der Induktionsspirale 18 positioniert werden kann. In der Folge kann zumindest der Teilbereich mittels der Induktionsspirale 18 durch Induktion erwärmt werden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Induktionsspirale 18 unter Vermittlung eines Halters 24 an einer Hub-Schwenkeinheit 26 gehalten. Mittels der Hub-Schwenkeinheit 26 kann beispielsweise die Induktionsspirale 18 über den Halter 24 relativ zu dem Zerspanungswerkzeug 10 rotatorisch und/oder translatorisch bewegt und dadurch ausgerichtet werden. Hierdurch kann beispielsweise zumindest der Teilbereich des Zerspanungswerkzeugs 10 präzise in der Induktionsspirale 18 angeordnet werden, um in der Folge den Teilbereich mittels der Induktionsspirale 18 effektiv und effizient erwärmen zu können.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Verfahrens. Während bei der ersten Ausführungsform und bei der zweiten Ausführungsform das Zerspanungswerkzeug 10 zunächst in dem Teilbereich durch Induktion erwärmt wird, ist bei der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass das Zerspanungswerkzeug 10 zumindest in dem in 3 mit 28 bezeichneten Teilbereich durch ein warmes Gas 30 gezielt erwärmt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass als das warme Gas 30 warme Luft verwendet wird, welche auch als Warmluft bezeichnet wird. Hierzu umfasst die Heizeinrichtung 16 ein auch als Lanze bezeichnetes Rohr 32, welches von dem Gas 30 durchströmbar ist. Das Rohr 32 weist beispielsweise wenigstens eine von dem Gas 30 durchströmbare Öffnung auf, über welche das Rohr 32 das Gas 30 bereitstellen kann. Dabei wird der Teilbereich 28, insbesondere direkt, mit dem Gas 30 beaufschlagt, sodass das Gas 30 den Teilbereich 28 direkt an- und umströmt. In der Folge wird der Teilbereich 28 durch das warme Gas 30 erwärmt beziehungsweise warm gehalten.
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Schließlich zeigt 4 eine vierte Ausführungsform des Verfahrens. Bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform ist das spanende Bearbeiten beispielsweise ein Reiben oder Bohren, sodass das Werkstück bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform mittels des Zerspanungswerkzeugs 10 beispielsweise gerieben oder gebohrt wird. Bei der vierten Ausführungsform ist das spanende Bearbeiten ein Räumen. Dabei weist das Zerspanungswerkzeug 10 in dem Teilbereich 28, welcher mittels der Heizeinrichtung 16 erwärmt wird, einen Schlichtbereich und/oder eine Kalibrierstufe auf. Im Übrigen entspricht beispielsweise die vierte Ausführungsform der ersten Ausführungsform. Dabei ist die Induktionsspirale 18 an dem auch als Schwenkeinheit bezeichneten Schwenkarm 20 gehalten und mit dem Schwenkarm 20 um die Schwenkachse 22 verschwenkbar. In 1 und 4 ist eine erste Stellung S1 des Schwenkarms 20 und der Induktionsspirale 18 durch durchgezogene Linien veranschaulicht, während eine von der ersten Stellung S1 unterschiedliche, zweite Stellung S2 des Schwenkarms 20 und der Induktionsspirale 18 durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist. Insgesamt ist erkennbar, dass durch die Heizeinrichtung 16 das Zerspanungswerkzeug 10 gezielt erwärmt werden kann, um hierdurch eine zumindest außenumfangsseitige Ausdehnung des Zerspanungswerkzeugs 10 zumindest in dem Teilbereich 28 zu bewirken. Dadurch kann ein gewünschter Außenumfang und somit ein gewünschtes, außenumfangsseitiges Maß des Zerspanungswerkzeugs 10 zumindest in dem Teilbereich 28 realisiert werden, sodass das Werkstück maßhaltig spanend bearbeitet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zerspanungswerkzeug
- 12
- Antriebsspindel
- 14
- Drehachse
- 16
- Heizeinrichtung
- 18
- Induktionsspirale
- 20
- Schwenkarm
- 22
- Schwenkachse
- 24
- Halter
- 26
- Hub-Schwenkeinheit
- 28
- Teilbereich
- 30
- Gas
- S1
- erste Stellung
- S2
- zweite Stellung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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