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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgraten
von Gießkernen.
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In
einem Großteil
der Verfahren der Gießereitechnik
werden verlorenen Formen und Kerne benötigt, welche die Außen- bzw.
Innenkontur der herzustellenden Körper vorgeben. Nach dem bekannten Croning-Verfahren
werden die Gießkerne
aus Formsand durch zwei- oder mehrgeteilte Formwerkzeuge hergestellt.
An den Teilungslinien dieser Formwerkzeuge ergeben sich an den Gießkernen
häufig
Gratlinien. Ein Grat an einer Gießform ergibt an dem herzustellenden
Körper
eine Kerbe und damit eine Schwachstelle, weshalb ein Grat an Gießkernen
unbedingt entfernt werden muss.
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Zur
Entfernung von Grat an Gießkernen
aus Formsand wird häufig
ein speziell hergestelltes Werkzeug aus Metall eingesetzt, eine
so genannte Putzschablone, welche in einer Bewegung senkrecht zum
Verlauf der Gratlinie den Grat auf der gesamten Gratlinie in dieser
einen Bewegung abschürft.
Dieses Verfahren ist nur bei Gießkernen anwendbar, welche derart
hergestellt sind, dass der Grat immer entlang der Projektionslinie
der Gießform
auf einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Entgratungswerkzeuges
zu liegen kommt, so dass keine Hinterschneidungen auftreten. Dieses
Verfahren hat zwar den Vorteil, dass der Entgratungsvorgang sehr schnell,
in nur einer Bewegung erfolgt, jedoch auch erhebliche Nachteile:
Es müssen
aufwändige
kernspezifische Entgratungswerkzeug hergestellt werden. Je nach
den Herstellungstoleranzen der Gießkerne kann bei Geometrieabweichungen
der hergestellten Körper
gegenüber
den dem starren Entgratungswerkzeug zugrunde gelegten Geometrieverläufen entweder
mehr Material abgetragen werden, als für das reine Entgraten notwendig
wäre, oder
aber der Grat nicht vollständig
entfernt werden.
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Aus
der Spritzgusstechnik sind Anwendungen bekannt, bei welchen zum
Entfernen von Austrieb ein Werkzeug entlang der Bahn dieses Austriebs
auf dem hergestellten Körper,
beispielsweise einer Schuhsohle entlang bewegt wird und damit diesen
Austrieb entfernt. Die Bewegung kann dabei durch einen Roboter erfolgen,
welcher das Werkzeug entlang der Bahn am zu bearbeitenden Körper, oder den
Körper
derart entlang des Werkzeugs, beispielsweise des Messers führt, dass
der Austrieb entfernt wird. Die Bearbeitung erfolgt in allen diesen
Fällen
an Fertigteilen und nicht an Gießkernen.
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In
der
DE 26 54 167 A1 wird
ein Verfahren offenbart, bei welchem eines oder mehrere Werkzeuge aus
verschleißfestem
Material einen oder mehrere gleiche Gießkerne in einem Arbeitsgang
entgraten, in dem die Werkzeuge automatisch entlang der Gratlinie
bewegt werden. Die Programmierung der Bewegung erfolgt dabei ausgehend
von einer Zeichnung oder einem Musterteil, welches während der
Bearbeitung abgetastet wird und von dem aus die Bewegung durch einen
Kreuztisch oder eine ähnliche
Einrichtung auf die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Gießkernen übertragen
wird. Die relative Bahn der Werkzeuge zu den jeweils zu bearbeitenden
Gießkernen
ist dabei immer gleich und durch die Zeichnung, bzw. das Musterteil
starr vorgegeben, wobei Geometrieunterschiede zwischen der programmierten
Bahn und den Gießkernen
durch ein Nachfedern und leichtes Andrücken des Werkzeuges gegen den
Gießkern
ausgeglichen werden sollen. Wie das richtungsunabhängige Nachfedern
und leichte Andrücken
des Werkzeuges vorrichtungsgemäß umgesetzt
werden kann, ist nicht näher
beschrieben, ebenso ist keine tangentiale Verstellung der Werkzeuge
gegenüber
der Gratlinien offenbart, d.h. die beschriebene Vorrichtung funktioniert
nur mit rotationssymetrischen Werkzeugen.
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Gegenüber der
Offenlegung in der
DE
26 54 167 A1 , bei welcher die Programmierung über die Abtastung
eines Musterteils oder einer Zeichnung erfolgt, bieten die bekannten
numerischen Steuerungen der CNC-Bearbeitungstechnik die Möglichkeiten, direkt
aus CAD-Systemen heraus Programme zu generieren, welche bei fast
beliebigen Achskombinationen der Werkzeugmaschinen es erlauben,
Körper
mit frei programmierbaren Bahngeometrien bei hoher Präzision und
Bahngeschwindigkeit zu bearbeiten. Die Zielsetzung ist dabei, eine
programmierte Geometrie möglichst
exakt an einem Werkstück
umzusetzen. Demgegenüber
ist bei der Entfernung eines Grates an einem Körper die Körpergeometrie schon vorgegeben
und kann, je nach Herstellungstoleranzen, von der ursprünglich geplanten
Geometrie abweichen. Deshalb sind Standardwerkzeugmaschinen und numerische
Standardsteuerungen nicht direkt für das Entgraten von Gießkernen
geeignet Der Anmeldung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, bei
der Entfernung des Grates keine Umformung des Körpers über das zum Entfernen des Grates
notwendige Maß zuzulassen
und ein flexibles System bereitzustellen, welches sich an die Körpergeometrien
der Gießkerne
anpasst und sicher den Grat entfernt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Die Unteransprüche 2 und
4 bis 10 zeigen zweckmäßige Ausgestaltungen
der Anmeldungsgegenstände.
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Die
Erfindung stellt hierzu ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung, welche
sich flexibel an die Teilegeometrien der zu bearbeitenden Gießkerne anpasst
und mit welchen die Kosten für
die Herstellung geometriespezifischer Entgratungswerkzeuge gespart
werden können,
Umrüstzeiten
zum Aus- wechseln dieser geometriespezifischen Entgratungswerkzeuge
entfallen und der Grat sicher entfernt wird, ohne dass an den Gießkernen
mehr Material abgetragen wird als für das Entgraten nötig ist. Die
Erfindung nutzt die im Vergleich zu metallischen Endprodukten relative
leichte Umformbarkeit der Gießkerne
aus, indem mit dem Entgratungswerkzeug hohe Bahngeschwindigkeiten
erreicht werden können
und so eine zu den Putzschablonen attraktive Alternative entsteht.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand des in den Prinzipskizzen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
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Die
in den 1 bis 3 vorgestellte Vorrichtung
besteht aus einer Bewegungseinheit (1), einem an diese
Bewegungseinheit angekoppelten Entgratungskopf (2), dem
durch den Entgratungskopf (2) durch eine Werkzeugaufnahme
(8) aufgenommenen Entgratungswerkzeug (3), welches
durch spanenden Eingriff den Grat (5) an dem zu bearbeitenden
Körper (4)
abnimmt. Die gesamte Einrichtung wird von einer Maschinensteuerung
gesteuert, welche die aus einem CAD-System oder über die nach dem bekannten
teach-in Verfahren gewonnenen a priori Bahninformationen zusammen
mit den Lageinformationen der Achsen und den während der Bearbeitung durch eine
Messeinrichtung (6) erfassten Kraftinformationen des Entgratungskopfes
(2) in Steuerbefehle der Achsen und des Entgratungskopfes
(2) umrechnet und so den Entgratungsvorgang steuert.
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Die
Gesamtbewegung des Entgratungswerkzeuges (3) setzt sich
daher immer zusammen aus einer a priori Bahninformation über den
zu bearbeitenden Gießkern
und einem Korrekturzuschlag zur Bahn, welcher sich aus den ermittelten
Kraftverläufen
und der Geometrie des Entgratungswerkzeuges (3) ergibt.
In einer bevorzugten Anwendung kann die a priori Bahninformation
vor der Bearbeitung eines Gießkernes
aus der korrigierten Bahn der vorangegangenen Gießkerne bestehen,
so dass ein lernendes System entsteht und hierdurch die Bahn-Geschwindigkeiten
erhöht
werden können.
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In
den Entgratungskopf (2) ist eine Messeinrichtung (6)
integriert, welche die während
der Gratentfernung auftretenden, auf das Entgratungswerkzeug wirkenden
Kräfte
erfasst, sowie eine Krafteinstelleinrichtung, welche in Verbindung
mit der Maschinensteuerung dafür
sorgt, dass die aus den gemessenen Kräften ermittelten Normalkräfte (15)
innerhalb eines ausreichenden Toleranzbereiches einen von der Maschinensteuerung
vorgebbaren Betrag annehmen.
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Durch
die einstellbare Regelung der Normalkraft (15) während des
Entgratungsvorgangs wird auch bei Toleranzen innerhalb der Körpergeometrien der
zu entgratenden Körper
eine sichere Entgratung vorgenommen, da der Grat (5) immer
mit der eingestellten Andruckkraft (15) des Werkzeuges
(3) entfernt wird.
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Die
Bewegungseinheit (1) kann entweder aus einem Industrieroboter
oder einem mehrachsigen Portalsystem bestehen, welches im allgemeinen Fall
so viele Freiheitsgrade benötigt,
dass jeder Punkt des Bearbeitungsraumes mit dem an die Bewegungseinrichtung
angekoppelten Entgratungskopf in frei wählbaren Raumwinkeln derart
anfahrbar ist, dass die Entgratungslinien tangential im Raum mit dem
Entgratungswerkzeug bearbeitet werden können.
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In
einer bevorzugten Anwendungsform wird das Entgratungswerkzeug (3)
rotationssymmetrisch ausgeführt
und es kann damit ein Freiheitsgrad der Bewegungseinrichtung entfallen,
da die Ausrichtung der Eingriffslinie des Entgratungswerkzeuges
(3) auf dem Umfang des Werkzeuges unnötig wird.
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Für eine Vielzahl
der Anwendungen werden Gießkerne
zu entgraten sein, auf welchen die Gratlinien derart verlaufen,
dass diese wie bei dem Stand der Technik beschrieben, mit speziell
geformten Putzschablonen in einer Bewegung komplett entfernt werden
können.
Dies ist dann gegeben, wenn die Projektion des Gratverlaufs auf
dem zu entgratenden Körper
auf eine Ebene gerade mit der Projektion des Umrisses diese Körpers im
Bereich des Gratverlaufs auf diese Ebene identisch ist. Normalerweise
entspricht diese Projektion der Teilungsebene (11) des Gießkernes.
In dieser bevorzugten Anwendungsform kann die Bewegungseinheit auf
drei Achsen reduziert werden. Wird zusätzlich das Entgratungswerkzeug rotationssymmetrisch
und mindestens so lange ausgeführt,
dass die Länge
des Entgratungswerkzeuges länger
ist als die maximale Wegdifferenz zweier Punkte auf den Entgratungslinien
des Gießkernes
in Längsrichtung
des Entgratungswerkzeuges, so kann die dritte Achse (17)
in einer besonders bevorzugten Anwendungsform als ungesteuerte Achse
ausgeführt werden,
welche das Entgratungswerkzeug lediglich zwischen zwei Anschlägen in den
Bearbeitungsbereich hinein- und hinausbewegt.
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Der
Werkzeugkopf (2) verbindet das Entgratungswerkzeug mit
der Bewegungseinrichtung (1) und dient einerseits der Aufnahme
(8) und dem Antrieb (7) des Entgratungswerkzeuges
(3), andererseits auch der Aufnahme einer Kraftmesseinrichtung (6).
In einer bevorzugten Ausführung
enthält
der Werkzeugkopf die Kraftmesseinrichtung und die Krafteinstellung
erfolgt über
die Maschinensteuerung und die Bewegungseinrichtung (1)
derart, dass die Maschinensteuerung die Bahnbewegungen der Achsen
so korrigiert, dass die sich einstellenden Normalkräfte (15)
des Entgratungswerkzeuges auf ein vorgegebenes Maß nachgeregelt
werden.
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Der
Entgratungskopf enthält
einen Antrieb (7) für
das Entgratungswerkzeug, da es im allgemeinen zur Entgratung notwendig
sein wird, das Entgratungswerkzeug zur Erhöhung der effektiven Zerspanungsgeschwindigkeit
neben der eigentlichen Vorschubbewegung durch die Bewegungseinrichtung zusätzlich zu
bewegen. Ein rotationssymmetrisches Entgratungswerkzeug wird dabei
bevorzugt rotierend (9) bewegt, ähnlich der Rotation eines Fräsers, weshalb
der Entgratungskopf in einer bevorzugten Anwendung mit einem Rotationsantrieb
ausgerüstet
ist.
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Da
die Zerspanungsleistung eines Fräsers neben
der Drehzahl auch von dessen Radius abhängt, kann es sinnvoll sein,
besonders bei engen zu fahrenden Innenradien auf dem zu entgratenden
Körper
und damit kleinen Werkzeugradien anstatt bzw. zusätzlich zu
der Rotationsbewegung des Entgratungswerkzeuges eine oszillierende
Bewegung (10) entlang der Längsachse des Entgratungswerkzeuges
durchzuführen, ähnlich einer
Feile. In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird daher der Entgratungskopf
mit einer elektromagnetischen oder pneumatischen Schwingungseinrichtung
um die Längsachse
des Entgratungswerkzeuges ausgestattet.