DE102021123017A1 - Device and method for deburring a workpiece - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) und ein Verfahren zum Entfernen eines Grats (12) von einem Werkstück (11) unter Verwendung eines aus einer ersten Düsenöffnung (17) ausgestoßenen ersten Fluidstrahls (F1) und eines aus einer zweiten Düsenöffnung (18) ausgestoßenen zweiten Fluidstrahls (F2). Der erste Fluidstrahl (F1) ist dazu eingerichtet, den Grat (12) mit einem Biegemoment in eine Richtung zu beaufschlagen, während der zweite Fluidstrahl (F2) dazu eingerichtet ist, den Grat (12) mit einem Gegenbiegemoment in die entgegengesetzte Richtung zu beaufschlagen. Dadurch kann eine Wechselbiegebelastung oder eine Torsionsbelastung in einem Fußbereich (14) des Grats (12) erzeugt und der Grat (12) dadurch vom Werkstück (11) abgetrennt werden. Das Fluidwerkzeug (15) wird um eine Drehachse (D) drehend angetrieben. Überlagert zu dieser Drehbewegung kann eine Relativbewegung entlang einer Bahn (P) zwischen dem Werkstück (11) und dem Fluidwerkzeug (15) erzeugt werden, insbesondere entlang der Erstreckung einer Kante (13) des Werkstücks (11) bzw. eines zu entfernenden Grats (12). The invention relates to a device (10) and a method for removing a burr (12) from a workpiece (11) using a first fluid jet (F1) ejected from a first nozzle opening (17) and one ejected from a second nozzle opening (18). second fluid jet (F2). The first fluid jet (F1) is designed to apply a bending moment to the burr (12) in one direction, while the second fluid jet (F2) is designed to apply a counterbending moment to the burr (12) in the opposite direction. As a result, an alternating bending load or a torsional load can be generated in a base region (14) of the burr (12) and the burr (12) can thereby be separated from the workpiece (11). The fluid tool (15) is driven in rotation about an axis of rotation (D). Superimposed on this rotational movement, a relative movement along a path (P) between the workpiece (11) and the fluid tool (15) can be generated, in particular along the extension of an edge (13) of the workpiece (11) or a burr (12 ).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Entgraten eines Werkstücks unter Verwendung von Fluidstrahlen, die zum Entfernen des Grats auf den Grat bzw. die Kante des Werkstücks gerichtet werden.The invention relates to a device and a method for deburring a workpiece using fluid jets which are directed onto the burr or the edge of the workpiece in order to remove the burr.
Eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren ist beispielsweise aus
Bohrungen, nutförmige Vertiefungen oder andere Aussparungen in einem Bauteil können nach einer spanenden Bearbeitung einen Grat an der Kante aufweisen, der entfernt werden muss. Die bekannten Verfahren unter Verwendung von einem oder mehreren Fluidstrahlen zum Entgraten benötigen einen sehr hohen Fluiddruck von bis zu 1000 bar. Entsprechend hoch muss eine Pumpenleistung sein, um das Fluid unter Druck zu setzen. Die mangelnde Energieeffizienz ist seit langem ein Kritikpunkt des fluidischen Entgratens von Werkstücken.After machining, bores, groove-shaped indentations or other recesses in a component can have a burr on the edge that has to be removed. The known methods using one or more fluid jets for deburring require a very high fluid pressure of up to 1000 bar. A pump output must be correspondingly high in order to pressurize the fluid. The lack of energy efficiency has long been a criticism of fluidic deburring of workpieces.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, das ein wirksames fluidisches Entgraten eines Werkstücks mit verbesserter Energieeffizienz bereitstellt.It can therefore be seen as an object of the present invention to create a device and a method that provide effective fluidic deburring of a workpiece with improved energy efficiency.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 8 .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entgraten eines Werkstücks weist ein Fluidwerkzeug auf. Ein Drehantrieb der Vorrichtung ist dazu eingerichtet, das Fluidwerkzeug um eine Drehachse rotierend anzutreiben. Dem Fluidwerkzeug wird ein unter Druck stehendes Fluid zugeführt, wobei es sich bei dem Fluid vorzugsweise um eine Flüssigkeit handelt, beispielsweise Wasser, ein Schmiermittel, Schneidöl oder eine beliebige Kombination davon. Das Fluid wird als Fluidstrahl durch wenigstens zwei Düsenöffnungen ausgestoßen und auf die Stelle am Werkstück gerichtet, an der ein Grat entfernt werden soll.The device according to the invention for deburring a workpiece has a fluid tool. A rotary drive of the device is set up to drive the fluid tool in rotation about an axis of rotation. A pressurized fluid is supplied to the fluid tool, the fluid preferably being a liquid such as water, a lubricant, cutting oil, or any combination thereof. The fluid is ejected as a jet of fluid through at least two nozzle orifices and is directed at the location on the workpiece where a burr is to be removed.
Erfindungsgemäß hat das Fluidwerkzeug wenigstens ein Düsenpaar. Jedes Düsenpaar hat eine erste Düsenöffnung und eine zweite Düsenöffnung. Optional können zusätzlich zu dem wenigstens einen Düsenpaar auch weitere Düsenöffnungen vorhanden sein, so dass die Gesamtzahl der Düsenöffnungen auch ungerade sein kann.According to the invention, the fluid tool has at least one pair of nozzles. Each pair of nozzles has a first nozzle opening and a second nozzle opening. Optionally, in addition to the at least one pair of nozzles, further nozzle openings can also be present, so that the total number of nozzle openings can also be odd.
Die erste Düsenöffnung und die zweite Düsenöffnung eines gemeinsamen Düsenpaares sind in Axialrichtung parallel zur Drehachse mit einem Axialabstand angeordnet. Optional können die erste Düsenöffnung und die zweite Düsenöffnung des gemeinsamen Düsenpaares in Radialrichtung radial zur Drehachse auch unter einem Radialabstand angeordnet sein, wobei vorzugsweise der Abstand der zweiten Düsenöffnung zur Drehachse größer ist als der Abstand der ersten Düsenöffnung zur Drehachse.The first nozzle opening and the second nozzle opening of a common nozzle pair are arranged in the axial direction parallel to the axis of rotation with an axial spacing. Optionally, the first nozzle opening and the second nozzle opening of the common nozzle pair can also be arranged at a radial distance in the radial direction radially to the axis of rotation, the distance between the second nozzle opening and the axis of rotation preferably being greater than the distance between the first nozzle opening and the axis of rotation.
Die erste Düsenöffnung ist dazu eingerichtet, einen ersten Fluidstrahl in einer ersten Ausstoßrichtung auszustoßen. Die zweite Düsenöffnung ist dazu eingerichtet, einen zweiten Fluidstrahl in einer zweiten Ausstoßrichtung auszustoßen. Die erste Ausstoßrichtung ist in Axialrichtung schräg von einem vorderen Ende des Fluidwerkzeugs weg nach hinten und außerdem von der Drehachse weg ausgerichtet. Die zweite Ausstoßrichtung ist in Axialrichtung schräg nach vorne zum vorderen Ende des Fluidwerkzeugs hin und außerdem zur Drehachse hin ausgerichtet. In Rotationsrichtung um die Drehachse schließen die erste Düsenöffnung und die zweite Düsenöffnung bzw. die erste Ausstoßrichtung und die zweite Ausstoßrichtung einen Phasenwinkel ein. Das heißt, dass der erste oder zweite Fluidstrahl während einer Rotation dem jeweils anderen Fluidstrahl vorauseilt.The first nozzle opening is set up to eject a first jet of fluid in a first ejection direction. The second nozzle opening is configured to eject a second jet of fluid in a second ejection direction. The first ejection direction is oriented obliquely rearward in the axial direction away from a front end of the fluid tool and also away from the axis of rotation. The second ejection direction is oriented obliquely forward in the axial direction toward the front end of the fluid tool and also toward the axis of rotation. In the direction of rotation about the axis of rotation, the first nozzle opening and the second nozzle opening or the first ejection direction and the second ejection direction enclose a phase angle. This means that the first or second fluid jet precedes the respective other fluid jet during a rotation.
Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, einen zu entfernenden Grat von entgegengesetzten Seiten zu beaufschlagen. Mittels des ersten Fluidstrahls kann der Grat mit einem Biegemoment um einen Fußbereich in eine Richtung und durch den zweiten Fluidstrahl mit einem Gegenbiegemoment um den Fußbereich in die jeweils andere Richtung beaufschlagt werden. Es ist dadurch möglich, den Grat durch Wechselbiegebelastung und/oder eine Torsionsbelastung abzutrennen. Wesentlich ist, dass ein zeitlicher und/oder räumlicher Abstand (Phasenversatz) entsteht, mit dem eine bestimmte Stelle des Grats mit dem Biegemoment und dem Gegenbiegemoment beaufschlagt wird, damit sich die Momente nicht kompensieren, sondern eine Verformung und/oder Bewegung des Grates erzeugt wird. Es kann eine Wechselbiegebelastung und/oder eine Torsionsbelastung des Grats erzeugt und der Grat dadurch von der Kante des Werkstücks entfernt werden.This configuration makes it possible to act on a burr to be removed from opposite sides. By means of the first fluid jet, the burr can be subjected to a bending moment about a base area in one direction and by the second fluid jet to a counterbending moment about the base area in the respective other direction. It is thereby possible to separate the burr by alternating bending stress and/or torsional stress. It is essential that a temporal and/or spatial distance (phase shift) arises, with which a certain point of the burr is subjected to the bending moment and the counterbending moment, so that the moments do not compensate, but rather a Ver shaping and/or movement of the burr is generated. Alternating bending stress and/or torsional stress can be generated on the burr, thereby removing the burr from the edge of the workpiece.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Grat abwechselnd in die eine Richtung und die entgegengesetzte Richtung gebogen werden, was durch die Rotation des wenigstens einen Düsenpaares um die Drehachse wiederholt durchgeführt werden kann. Durch diese Wechselbiegebelastung wird der Grat im Fußbereich vom Werkstück abgetrennt.In one embodiment, the ridge can be alternately bent in one direction and the opposite direction, which can be repeatedly performed by rotating the at least one pair of nozzles about the axis of rotation. Due to this alternating bending load, the burr is separated from the workpiece in the foot area.
Eine solche Wechselbelastung des Grats findet statt, wenn die Biegebelastung des Grats durch den ersten Fluidstrahl und die Biegebelastung des Grats durch den zweiten Fluidstrahl einen ausreichend großen Zeitabstand bzw. zeitlichen Phasenversatz aufweisen. Dieser Phasenversatz wird unter anderem durch den Betrag des Phasenwinkels zwischen der ersten Ausstoßrichtung und der zweiten Ausstoßrichtung des gemeinsamen Düsenpaares bestimmt. Außerdem hängt der Phasenversatz vom Abstand der Düsenöffnungen zum Grat und der Drehgeschwindigkeit des Düsenpaares um die Drehachse ab. Zur Erzielung einer Wechselbelastung muss der Zeitversatz bzw. Phasenversatz der Einwirkung durch den ersten Fluidstrahl in die eine Richtung und durch den zweiten Fluidstrahl in die anderer Richtung auf den Grat ausreichend groß sein, so dass der Grat auch tatsächlich eine Biegebewegung in die eine Richtung ausführen kann, bevor er durch den jeweils anderen Fluidstrahl wieder in die entgegengesetzte Richtung gebogen wird. Abhängig vom Material und von der Geometrie des Grats ist der Biegewinkel, den der Grat dabei tatsächlich ausführt oder ausführen soll, unterschiedlich groß und der Phasenversatz wird dementsprechend eingestellt, beispielsweise durch einen geeigneten Betrag des Phasenwinkels.Such alternating loading of the ridge takes place when the bending loading of the ridge by the first fluid jet and the bending loading of the ridge by the second fluid jet have a sufficiently large time interval or phase offset in time. This phase offset is determined, among other things, by the magnitude of the phase angle between the first ejection direction and the second ejection direction of the common pair of nozzles. In addition, the phase shift depends on the distance between the nozzle openings and the burr and the rotational speed of the nozzle pair around the axis of rotation. To achieve an alternating load, the time offset or phase offset of the action of the first fluid jet in one direction and the second fluid jet in the other direction on the burr must be sufficiently large so that the burr can actually perform a bending movement in one direction before being bent back in the opposite direction by the other fluid jet. Depending on the material and the geometry of the burr, the bending angle that the burr actually performs or should perform varies in size and the phase offset is set accordingly, for example by a suitable amount of the phase angle.
Wenn der zeitliche Versatz bzw. Phasenversatz bzw. der Phasenwinkel so gering gewählt ist, dass der erste Fluidstrahl und der zweite Fluidstrahl zu einem Zeitpunkt im Wesentlichen gleichzeitig oder mit geringem zeitlichen Abstand in einem ausreichend geringen räumlichen Abstand auf den Grat auftrifft, kann anstelle einer Wechselbiegebelastung eine Torsionsbelastung im Fußbereich des Grates erzeugt werden. Der Grat kann auch durch eine solche Torsionsbelastung vom Werkstück abgetrennt werden. Der Abstand zwischen den Auftreffstellen des ersten Fluidstrahls und des zweiten Fluidstrahls am Grat kann dabei kleiner sein als 10 mm, vorzugsweise kleiner als 7 mm und weiter vorzugsweise kleiner als 5 mm.If the time offset or phase offset or the phase angle is selected so small that the first fluid jet and the second fluid jet hit the burr at a point in time essentially simultaneously or with a short time interval at a sufficiently small spatial distance, instead of an alternating bending load a torsional load can be generated in the root area of the ridge. The burr can also be severed from the workpiece by such a torsional load. The distance between the impact points of the first fluid jet and the second fluid jet on the ridge can be less than 10 mm, preferably less than 7 mm and more preferably less than 5 mm.
Unabhängig von der Wahl des Phasenwinkels kann der Grat mit Fluidstrahlen vom Werkstück abgetrennt werden, bei denen ein wesentlich geringerer Druck zum Entgraten ausreicht. Für die Bearbeitung von Aluminiumwerkstücken wird dem Fluidwerkzeug das Fluid beispielsweise unter einem Druck von weniger als 300 bar und vorzugsweise weniger als 100 bar zugeführt. Die Pumpenleistung zur Erzeugung des Fluiddrucks ist dementsprechend geringer, was wiederum eine wesentlich verbesserte Energieeffizienz bewirkt. Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlicher Druck zum Entgraten hängt vom Material des Werkstücks ab. In allen Fällen ist der Druck jedoch geringer verglichen mit der herkömmlichen Fluidbearbeitung zum Entgraten desselben Materials.Irrespective of the choice of phase angle, the burr can be separated from the workpiece with fluid jets, with which a significantly lower pressure is sufficient for deburring. For machining aluminum workpieces, the fluid is supplied to the fluid tool, for example, at a pressure of less than 300 bar and preferably less than 100 bar. The pump output for generating the fluid pressure is correspondingly lower, which in turn results in significantly improved energy efficiency. The pressure required for deburring using the method according to the invention depends on the material of the workpiece. In all cases, however, the pressure is lower compared to conventional fluid processing for deburring the same material.
Es ist bevorzugt, wenn überlagert zu der Rotation des Fluidwerkzeugs um die Drehachse eine Relativbewegung zwischen dem Fluidwerkzeug und dem Werkstück entlang einer Bahn ausgeführt wird, beispielsweise entlang einer Kante bzw. Nut des Werkstücks. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung eine Positionieranordnung aufweisen.It is preferred if, superimposed on the rotation of the fluid tool about the axis of rotation, a relative movement between the fluid tool and the workpiece is carried out along a path, for example along an edge or groove of the workpiece. For this purpose, the device can have a positioning arrangement.
Die Positionieranordnung kann eine oder mehrere Maschinenachsen zur Bewegung des Fluidwerkzeugs und/oder eine oder mehrere Maschinenachsen zur Bewegung des Werkstücks aufweisen. Die Maschinenachsen sind beispielsweise Linearachsen.The positioning arrangement can have one or more machine axes for moving the fluid tool and/or one or more machine axes for moving the workpiece. The machine axes are linear axes, for example.
Die erste Ausstoßrichtung schließt mit der Axialrichtung einen vorzugsweise spitzen ersten Winkel ein. Die zweite Ausstoßrichtung schließt mit der Axialrichtung einen vorzugsweise spitzen zweiten Winkel ein. Die Beträge der Winkel sind anwendungsabhängig so zu wählen, dass die Fluidstrahlen in der jeweiligen Ausstoßrichtungen tatsächlich auf den Grat auftreffen und die gewünschte Belastung bzw. Bewegung des Grates erreicht wird. Der erste Winkel und der zweite Winkel haben bevorzugt einen unterschiedlichen Betrag, wobei der erste Winkel insbesondere kleiner ist als der zweite Winkel.The first ejection direction encloses a preferably acute first angle with the axial direction. The second ejection direction encloses a preferably acute second angle with the axial direction. Depending on the application, the amounts of the angles are to be selected in such a way that the fluid jets actually hit the burr in the respective ejection directions and the desired loading or movement of the burr is achieved. The first angle and the second angle preferably have a different amount, with the first angle being smaller than the second angle in particular.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste Ausstoßrichtung und/oder die zweite Ausstoßrichtung auf einen Teil des Fluidwerkzeugs gerichtet. Treffen der erste Fluidstrahl und/oder der zweite Fluidstrahl nicht auf das Werkstück bzw. den Grat auf oder wird durch andere Teile blockiert, trifft er auf das Fluidwerkzeug selbst auf. Dadurch kann verhindert werden, dass der Fluidstrahl andere Teile der Fluidbearbeitungsmaschine, insbesondere eine Arbeitskammer oder Teile davon beschädigt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Fluidwerkzeug wiederholt gleiche Werkstücke bearbeitet und somit dieselbe Bewegung ausführt. Wenn dabei der erste Fluidstrahl und/oder der zweite Fluidstrahl zumindest zeitweise nicht direkt auf das Werkstück gerichtet ist, könnte die Arbeitskammer oder auch andere Teile der Fluidbearbeitungsmaschine beschädigt werden. Wenn die Ausstoßrichtung aber direkt auf einen Teil des Fluidwerkzeugs selbst gerichtet ist, kann dieser Teil des Fluidwerkzeugs sozusagen als Prallteil dienen und gegebenenfalls von Zeit zu Zeit ausgetauscht bzw. erneuert werden. Optional kann der jeweilige Prallteil des Fluidwerkzeugs auf den der erste Fluidstrahl und/oder der zweite Fluidstrahl gerichtet ist, als Umlenkteil ausgebildet sein, um den Fluidstrahl zurück auf das Werkstück umzulenken, gegebenenfalls mit geringerer Energie. Dadurch kann beispielsweise ein Reinigungseffekt am Werkstück erzielt werden.In a preferred embodiment, the first ejection direction and/or the second ejection direction are directed towards a part of the fluid tool. If the first fluid jet and/or the second fluid jet does not impinge on the workpiece or the burr or is blocked by other parts, it impinges on the fluid tool itself. This can prevent the fluid jet from damaging other parts of the fluid processing machine, in particular a working chamber or parts thereof. This is particularly important when the fluid tool repeatedly processes the same workpieces and thus executes the same movement. If the first fluid jet and/or the second fluid jet is/are not aimed directly at the workpiece at least temporarily, the working chamber or also other parts of the fluid processing machine could to be damaged. However, if the ejection direction is aimed directly at a part of the fluid tool itself, this part of the fluid tool can serve as an impact part, so to speak, and can be exchanged or renewed from time to time if necessary. The respective impact part of the fluid tool onto which the first fluid jet and/or the second fluid jet is directed can optionally be designed as a deflection part in order to deflect the fluid jet back onto the workpiece, possibly with less energy. As a result, a cleaning effect can be achieved on the workpiece, for example.
Die erste Ausstoßrichtung und die zweite Ausstoßrichtung sind windschief zueinander ausgerichtet. Würde gedanklich der Phasenwinkel zu Null reduziert, so dass die beiden Ausstoßrichtungen eines gemeinsamen Düsenpaares in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet wären, würden sich die erste Ausstoßrichtung und die zweite Ausstoßrichtung vorzugsweise schneiden. Der Schnittpunkt der beiden Ausstoßrichtungen befindet sich in Axialrichtung betrachtet zwischen der ersten Düsenöffnung und der zweiten Düsenöffnung.The first ejection direction and the second ejection direction are skewed to one another. If the phase angle were reduced to zero, so that the two ejection directions of a common pair of nozzles would be arranged in a common radial plane, the first ejection direction and the second ejection direction would preferably intersect. The point of intersection of the two ejection directions is located between the first nozzle opening and the second nozzle opening, viewed in the axial direction.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zum Entgraten eines Werkstücks kann eines der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Vorrichtung verwendet werden. Zum Entgraten wird das Fluidwerkzeug in Rotation um die Drehachse versetzt und aus dem wenigstens einen Düsenpaar wird der erste Fluidstrahl bzw. der zweite Fluidstrahl ausgestoßen. Aufgrund des Phasenwinkels in Rotationsrichtung beaufschlagen die Fluidstrahlen den zu entfernenden Grat zeitlich und/oder räumlich mit einem Phasenversatz, beispielsweise zeitlich nacheinander oder gleichzeitig an räumlich unterschiedlichen Stellen. Dadurch wird der Grat mittels des ersten Fluidstrahls mit einem Biegemoment in eine Richtung und mittels des zweiten Fluidstrahls mit einem Gegenbiegemoment in die entgegengesetzte Richtung beaufschlagt.One of the exemplary embodiments of the device described above can be used for the method according to the invention for deburring a workpiece. For deburring, the fluid tool is rotated about the axis of rotation and the first fluid jet or the second fluid jet is ejected from the at least one pair of nozzles. Due to the phase angle in the direction of rotation, the fluid jets impinge on the burr to be removed temporally and/or spatially with a phase offset, for example sequentially in time or simultaneously at different spatial locations. As a result, the burr is subjected to a bending moment in one direction by means of the first fluid jet and a counterbending moment in the opposite direction by means of the second fluid jet.
Abhängig vom räumlichen bzw. zeitlichen Abstand zwischen dem Erzeugen des Biegemoments und des Gegenbiegemoments können dabei unterschiedliche Effekte zum Abtrennen des Grats erreicht werden:Depending on the distance in space or time between the generation of the bending moment and the counterbending moment, different effects can be achieved for separating the flash:
Ist der zeitliche Abstand zwischen dem Erzeugen des Biegemoments und dem Erzeugen des Gegenbiegemoments ausreichend groß, wird der zu entfernende Grat abwechselnd in die eine Richtung und anschließend in die andere Richtung gebogen, so dass eine Wechselbiegebelastung entsteht. Dieses wechselweise Biegen des Grats um den Fußbereich führt schließlich zum Abtrennen des Grats. Die Anzahl der erforderlichen Biegebewegungen hängt vom Material, der geometrischen Ausgestaltung, der Stärke des Grats aufgrund der vorangegangenen spanenden Bearbeitung des Werkstücks und anderen Parametern ab.If the time interval between the generation of the bending moment and the generation of the counterbending moment is sufficiently large, the burr to be removed is alternately bent in one direction and then in the other direction, so that an alternating bending load occurs. This alternating bending of the flash around the root region eventually results in the flash being severed. The number of bending movements required depends on the material, the geometry, the severity of the burr due to the previous machining of the workpiece and other parameters.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, den Grat durch ein Düsenpaar mit einer Torsionsbelastung zu beaufschlagen und dadurch abzutrennen. Hierzu wird der Phasenwinkel ausreichend klein gewählt, so dass die beiden Fluidstrahlen von entgegengesetzten Seiten her, an unterschiedlichen Stellen in Erstreckungsrichtung des Grats auftreffen und dadurch im Fußbereich ein Torsionsmoment erzeugen. Dieses Verfahren kann vorzugsweise bei nicht metallischen Materialien verwendet werden, beispielsweise bei Werkstücken aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundmaterial.In addition or as an alternative, it is also possible to apply a torsional load to the burr by means of a pair of nozzles and thereby separate it. For this purpose, the phase angle is chosen to be sufficiently small, so that the two fluid jets impinge from opposite sides, at different points in the direction of extension of the burr, and thereby generate a torsional moment in the foot area. This method can preferably be used with non-metallic materials, for example with workpieces made of a plastic or a plastic composite material.
Aufgrund der Rotation des Fluidwerkzeugs kann es vorzugsweise ohne Richtungsumkehr und/oder vorzugsweise ohne Stillstand entlang des zu entfernenden Grats bzw. entlang des Werkstücks bewegt werden.Due to the rotation of the fluid tool, it can preferably be moved along the burr to be removed or along the workpiece without reversing direction and/or preferably without stopping.
Die Drehzahl des Fluidwerkzeugs bei einer Rotation um die Drehachse kann beispielsweise mindestens 100 Umdrehungen pro Minute (1/min) betragen und vorzugsweise mindestens 500 1/min oder mindestens 1000 1/min betragen.The rotational speed of the fluid tool during a rotation about the axis of rotation can be, for example, at least 100 revolutions per minute (1/min) and preferably at least 500 1/min or at least 1000 1/min.
Während der Entfernung eines Grats werden der erste Fluidstrahl und der zweite Fluidstrahl intermittierend oder beim Ausführungsbeispiel vorzugsweise unterbrechungslos (ohne intermittierende Abgabe der Fluidstrahlen) aus den Düsenöffnungen ausgestoßen.During the removal of a burr, the first fluid jet and the second fluid jet are ejected from the nozzle openings intermittently or, in the exemplary embodiment, preferably without interruption (without intermittent discharge of the fluid jets).
Die Fluidstrahlen können jeweils mit demselben Druck, mit unterschiedlichen Drücken und/oder mit zeitlich variierenden Drücken ausgestoßen werden. Zumindest kann jeder Düsenöffnung das Fluid vorzugsweise unter demselben Druck zugeführt.The fluid jets can each be ejected with the same pressure, with different pressures and/or with pressures that vary over time. At least each nozzle opening can preferably be supplied with the fluid under the same pressure.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
2 eine stark schematisierte Darstellung eines Düsenpaares eines Fluidwerkzeugs der Vorrichtung aus1 in einer beispielhaften Drehstellung um eine Drehachse des Fluidwerkzeugs, -
3 die stark schematisierte Darstellung des Düsenpaares aus2 in einer anderen beispielhaften Drehstellung, -
4 eine Prinzipdarstellung der Position einer ersten Düsenöffnung und einer zweiten Düsenöffnung eines Düsenpaares des Fluidwerkzeugs in Bezug auf die Rotationsrichtung um die Drehachse, -
5 eine Prinzipdarstellung der Position einer ersten Düsenöffnung und einer zweiten Düsenöffnung bezogen auf die Rotationsrichtung des Fluidwerkzeugs um die Drehachse bei einem Ausführungsbeispiel mit zwei Düsenpaaren, -
6 eine stark schematisierte Darstellung eines Düsenpaares entsprechend der2 und3 bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel des Fluidwerkzeugs und -
7 das Wirkungsprinzip des Ausführungsbeispiels des Fluidwerkzeugs aus6 bei der Einwirkung auf einen zu entfernenden Grat an einem Werkstück in einer Prinzipdarstellung.
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1 a schematic perspective representation of an embodiment of a method according to the invention or a device according to the invention, -
2 a highly schematic representation of a pair of nozzles of a fluid tool of the device1 in an exemplary rotational position about an axis of rotation of the fluid tool, -
3 the highly schematic representation of the nozzle pair2 in another exemplary rotational position, -
4 a schematic representation of the position of a first nozzle opening and a second nozzle opening of a nozzle pair of the fluid tool in relation to the direction of rotation about the axis of rotation, -
5 a schematic representation of the position of a first nozzle opening and a second nozzle opening in relation to the direction of rotation of the fluid tool about the axis of rotation in an embodiment with two pairs of nozzles, -
6 a highly schematic representation of a pair of nozzles according to2 and3 in a modified embodiment of the fluid tool and -
7 the principle of operation of the embodiment of the fluid tool6 when acting on a burr to be removed on a workpiece in a schematic representation.
Die Vorrichtung 10 weist ein Fluidwerkzeug 15 auf. Das Fluidwerkzeug 15 hat wenigstens ein Düsenpaar 16. Jedes Düsenpaar 16 weist eine erste Düsenöffnung 17 und eine zweite Düsenöffnung 18 auf. Das Fluidwerkzeug 15 ist über wenigstens eine Fluidleitung 19 mit einer Fluidquelle 20 verbunden, über die dem Fluidwerkzeug 15 unter Druck stehendes Fluid zugeführt und durch die Düsenöffnungen 17, 18 ausgestoßen werden kann. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, Schmiermittel oder Schneidöl. Dem Fluidwerkzeug 15 wird das Fluid unter einem geringeren Druck zugeführt. Der Druck kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung für das gleiche Material bzw. Werkstück geringer sein als bisher üblich. Beispielsweise kann beim Entgraten eines Werkstücks 11 aus einer Aluminiumlegierung ein Druck von etwa maximal 200 bar oder vorzugsweise maximal 100 bar ausreichend sein, wofür bei anderen Entgratungsvorrichtungen und Entgratungsverfahren mindestens 300 bar erforderlich waren.The
Das Fluidwerkzeug 15 erstreckt sich in einer Axialrichtung A entlang einer Drehachse D bis zu einem vorderen Ende 24. Das Fluidwerkzeug 15 ist um die Drehachse D drehbar gelagert. Es kann beispielsweise an einem nicht dargestellten, nicht um die Drehachse D drehbaren Werkzeugträger gelagert sein, mittels dem das Fluidwerkzeug 15 optional in wenigstens einem Freiheitsgrad relativ zum Werkstück 11 bewegbar und/oder positionierbar ist. Im Bereich des vorderen Endes 24 ist die erste Düsenöffnung 17 angeordnet. Die zweite Düsenöffnung 18 desselben Düsenpaares 16 befindet sich in Axialrichtung weiter vom vorderen Ende 24 entfernt und hat gegenüber der ersten Düsenöffnung 17 einen Axialabstand c. Die erste Düsenöffnung 17 hat von der Drehachse D in einer Radialrichtung radial zur Drehachse D einen ersten Radialabstand r1 und die zweite Düsenöffnung 18 hat von der Drehachse D einen zweiten Radialabstand r2. Die Radialabstände r1, r2 sind verschieden groß und beispielsgemäß ist der zweite Radialabstand r2 größer als der erste Radialabstand r1. Ausführungsbeispiele für die Anordnung der Düsenöffnungen sind in den
Das Fluidwerkzeug 15 kann im Wesentlichen stabförmig oder lanzenförmig ausgebildet sein. Der rotierende Teil des Fluidwerkzeugs 15, der die beiden Düsenöffnungen 17, 18 aufweist, ist vorzugsweise ausgewuchtet oder auswuchtbar ausgeführt. Hierzu kann zumindest das um die Drehachse D drehbare Fluidwerkzeug 15 derart ausgebildet sein, dass es an zwei bezüglich der Drehachse D diametral entgegengesetzten Seiten identisch oder ähnlich ausgestaltet ist, so dass es entweder ausgewuchtet ist oder sehr einfach ausgewuchtet werden kann. Zumindest teilweise kann das Fluidwerkzeug 15 rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die zweite Düsenöffnung 18 jedes Düsenpaares 16 beispielsweise an einem Werkzeugteil 25 des Fluidwerkzeugs 15 angeordnet, der - wie vorstehend beschrieben - ausgewuchtet ist oder auswuchtbar ist und beim Ausführungsbeispiel eine rotationssymmetrische Gestalt aufweist. Der Werkzeugteil 25 kann beispielsweise eine zylindrische und vorzugsweise scheibenförmige Form aufweisen. Der Radius bzw. der Durchmesser des Werkzeugteils 25 ist größer als der Radius oder der Durchmesser des Fluidwerkzeugs 15 im Bereich des vorderen Endes 24 und der ersten Düsenöffnung. Auf diese Weise kann der größere zweite Radialabstand r2 zum Anordnen der zweiten Düsenöffnung 18 erreicht werden. Die rotationssymmetrische Ausgestaltung des Werkzeugteils 25 verhindert Unwuchten bei einer Rotation des Fluidwerkzeugs 15 um die Drehachse D.The
Um eine Rotation des Fluidwerkzeugs 15 in einer Rotationsrichtung U um die Drehachse D weist die Vorrichtung 10 einen Drehantrieb 26 auf. Außerdem weist die Vorrichtung 10 beim Ausführungsbeispiel eine Positionieranordnung 27 auf, um eine Relativbewegung zwischen dem Fluidwerkzeug 15 und dem Werkstück 11 entlang einer Bahn P zu erzeugen. Die Bahn P kann eine beliebige zweidimensionale oder dreidimensionale Gestalt haben. Die in
Die Positionieranordnung 27 kann eine oder mehrere Maschinenachsen zur Bewegung des Fluidwerkzeugs aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann Positionieranordnung 27 kann eine oder mehrere Maschinenachsen zur Bewegung des Werkstücks 11 aufweisen. Wichtig ist, dass mittels der Positionieranordnung 27 eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 11 und dem Fluidwerkzeug 15 erreicht werden kann.The
Aus der ersten Düsenöffnung 17 jedes Düsenpaares 16 wird ein erster Fluidstrahl F1 in einer ersten Ausstoßrichtung B1 ausgestoßen. Aus der zweiten Düsenöffnung 18 desselben Düsenpaares 16 wird ein zweiter Fluidstrahl F2 in einer zweiten Ausstoßrichtung B2 ausgestoßen. Die erste Ausstoßrichtung B1 ist vom vorderen Ende 24 weg schräg zur Axialrichtung A nach hinten gerichtet und schließt mit der Axialrichtung A einen ersten Winkel α ein. Die zweite Ausstoßrichtung B2 ist nach vorne zum vorderen Ende 24 hin gerichtet und schließt mit der Axialrichtung A einen zweiten Winkel β ein. Der erste Winkel α und der zweite Winkel β haben jeweils einen Betrag von kleiner als 90°. Beispielsgemäß hat der erste Winkel α einen Betrag von 10° bis 20°, vorzugsweise 15°. Der zweite Winkel β kann einen Betrag von 50° bis 70°, vorzugsweise 60° aufweisen. Diese Ausrichtung der Fluidstrahlen F1, F2 bzw. der Ausstoßrichtungen B1, B2 ist schematisch in den
In Rotationsrichtung U um die Drehachse D ist die erste Düsenöffnung 17 gegenüber der zweiten Düsenöffnung 18 desselben Düsenpaares 16 unter einem Phasenwinkel φ versetzt angeordnet, was sich insbesondere aus den
Alternativ dazu kann der Phasenwinkel φ zwischen der ersten Ausstoßrichtung B1 und der zweiten Ausstoßrichtung B2 kann auch durch das gegenüber einer Radialrichtung zur Drehachse D schräge Ausrichten der ersten Ausstoßrichtung B1 und/oder der zweiten Ausstoßrichtung B2 erreicht werden. In diesem Fall können die erste und die zweite Düsenöffnung 17, 18 ohne Versatz in Rotationsrichtung U angeordnet sein.Alternatively, the phase angle φ between the first ejection direction B1 and the second ejection direction B2 can also be achieved by aligning the first ejection direction B1 and/or the second ejection direction B2 at an angle to a radial direction relative to the axis of rotation D. In this case, the first and the second nozzle opening 17, 18 can be arranged without offset in the direction of rotation U.
Bei dem in
Zum Entfernen eines Grats 12 wird dieser durch den ersten Fluidstrahl F1 mit einem Biegemoment um den Fußbereich 14 in eine Richtung beaufschlagt und durch den zweiten Fluidstrahl F2 mit einem Gegenbiegemoment um den Fußbereich 14 in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt. Abhängig vom zeitlichen und/oder räumlichen Abstand (Phasenversatz), mit dem eine bestimmte Stelle des Grats 12 mit dem Biegemoment und dem Gegenbiegemoment beaufschlagt wird, kann eine Wechselbiegebelastung und/oder eine Torsionsbelastung des Grats 12 erzeugt und der Grat 12 dadurch von der Kante 13 des Werkstücks 11 entfernt werden.To remove a
Wie es beispielhaft in den
Der Phasenwinkel φ kann alternativ dazu auch kleiner gewählt werden. Bei ausreichend kleinen Beträgen des Phasenwinkels φ (größer als Null) treffen der erste Fluidstrahl F1 und der zweite Fluidstrahl F2 in räumlich geringem Abstand und zeitlich geringem Abstand oder gleichzeitig aus entgegengesetzte Seiten des zu entfernenden Grats 12 auf und verursachen dadurch eine Torsionsbelastung im Fußbereich 14. Durch diese Torsionskraft wird der Grat 12 von der Kante 13 bzw. dem Werkstück 11 abgetrennt.As an alternative to this, the phase angle φ can also be selected to be smaller. With sufficiently small amounts of the phase angle φ (greater than zero), the first fluid jet F1 and the second fluid jet F2 impinge on opposite sides of the
Bei Beträgen des Phasenwinkels φ von insbesondere maximal 90° können auch mehrere Düsenpaare 16 am Fluidwerkzeug angeordnet werden, wie es beispielhaft in
Die Drehzahl des Fluidwerkzeugs 15 und mithin des wenigstens einen Düsenpaares 16 um die Drehachse D kann beispielsweise mindestens 200 oder 300 Umdrehungen pro Minute (1/min) und bis zu 1400 1/min aufweisen. Die dadurch erreichte Bahngeschwindigkeit des Düsenpaares 16 auf der Bewegungsbahn um die Drehachse D ist deutlich größer als die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem Werkstück 11 und dem Fluidwerkzeug 15 entlang der Bahn P, die beispielsweise kleiner ist als 100 cm/s oder kleiner als 50 cm/s.The rotational speed of the
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 und ein Verfahren zum Entfernen eines Grats 12 von einem Werkstück 11 unter Verwendung eines aus einer ersten Düsenöffnung 17 ausgestoßenen ersten Fluidstrahls F1 und eines aus einer zweiten Düsenöffnung 18 ausgestoßenen zweiten Fluidstrahls F2. Der erste Fluidstrahl F1 ist dazu eingerichtet, den Grat 12 mit einem Biegemoment in eine Richtung zu beaufschlagen, während der zweite Fluidstrahl F2 dazu eingerichtet ist, den Grat 12 mit einem Gegenbiegemoment in die entgegengesetzte Richtung zu beaufschlagen. Dadurch kann eine Wechselbiegebelastung oder eine Torsionsbelastung in einem Fußbereich 14 des Grats 12 erzeugt und der Grat 12 dadurch vom Werkstück 11 abgetrennt werden. Die erste Düsenöffnung 17 und die zweite Düsenöffnung 18 jedes Düsenpaares 16 sind mit Axialabstand c parallel zu einer Drehachse D angeordnet, um die das Fluidwerkzeug 15 drehbar angetrieben wird. Überlagert zu dieser Drehbewegung kann eine Relativbewegung entlang einer Bahn P zwischen dem Werkstück 11 und dem Fluidwerkzeug 15 erzeugt werden, insbesondere entlang der Erstreckung einer Kante 13 des Werkstücks 11 bzw. eines zu entfernenden Grats 12.The invention relates to a
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- Werkstückworkpiece
- 1212
- Gratridge
- 1313
- Kanteedge
- 1414
- Fußbereichfooter
- 1515
- Fluidwerkzeugfluid tool
- 1616
- Düsenpaarnozzle pair
- 1717
- erste Düsenöffnungfirst nozzle opening
- 1818
- zweite Düsenöffnungsecond nozzle opening
- 1919
- Fluidleitungfluid line
- 2020
- Fluidquelle fluid source
- 2424
- vorderes Ende des Fluidwerkzeugsfront end of the fluid tool
- 2525
- Werkzeugteiltool part
- 2626
- Drehantriebrotary drive
- 2727
- Positionieranordnung positioning arrangement
- αa
- erster Winkelfirst angle
- ββ
- zweiter Winkelsecond angle
- φφ
- Phasenwinkel phase angle
- AA
- Axialrichtungaxial direction
- B1B1
- erste Ausstoßrichtungfirst ejection direction
- B2B2
- zweite Ausstoßrichtungsecond ejection direction
- cc
- Axialabstandaxial distance
- DD
- Drehachseaxis of rotation
- F1F1
- erster Fluidstrahlfirst fluid jet
- F2F2
- zweiter Fluidstrahlsecond fluid jet
- PP
- BahnRail
- r1r1
- erster Radialabstandfirst radial distance
- r2r2
- zweiter Radialabstandsecond radial distance
- Uu
- Rotationsrichtungdirection of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102007006661 B4 [0002]DE 102007006661 B4 [0002]
- EP 2716374 A2 [0003]EP 2716374 A2 [0003]
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- 2021-09-06 DE DE102021123017.9A patent/DE102021123017A1/en active Pending
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2022
- 2022-08-30 WO PCT/EP2022/074070 patent/WO2023031193A1/en unknown
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