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Technisches Erfindungsgebiet
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Diese Erfindung betrifft das Gebiet der numerisch computergesteuerten Maschine. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung betreffen das Gebiet der Kühlmittelzuführung innerhalb einer numerisch computergesteuerten Maschine.
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Dokument
DE 695 01 087 T2 offenbart eine Werkzeugmaschine, bei welcher eine Kühlmitteldüse auf einem drehbaren Revolverkopf angeordnet ist. Dokument
DE 197 35 420 C2 offenbart einen Werkzeughalter, bei welchem die Kühlmitteldüse am spanenden Werkzeug angeordnet ist.
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Hintergrund
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In numerisch computergesteuerten Maschinen wird Kühlmittel für verschiedene Zwecke zugeführt. Typischerweise wird das Kühlmittel, welches ein Öl, eine wässrige Emulsion oder eine andere Flüssigkeit ist, unter Druck durch eine Kühlmitteldüse zugeführt. Schleifvorgänge erfordern im Allgemeinen eine angemessene Kühlmittelzuführung am Berührungspunkt zwischen Werkstück und Schleifrad. Bei solchen Bearbeitungsvorgängen wird Kühlmittel typischerweise unter Druck auf das Schleifrad oder das Werkstück gerichtet, oder an den Berührungspunkt zwischen Werkstück und Rad. Das Werkstück selbst kann ein Schneidwerkzeug sein, das in dem Schleifvorgang neu geschliffen wird, oder ein Funktionsteil. In anderen Bearbeitungsvorgängen, wie etwa Fräsen, wird Kühlmittel in gleicher Weise an das Werkzeug oder das Werkstück appliziert, oder an die Werkzeug-Werkstück-Berührungs-fläche (Berührungspunkt) angebracht. Ferner kann das Kühlfluid während oder nach einem Bearbeitungsvorgang als Reinigungssprühnebel aufgebracht werden, um Späne abzuwaschen.
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Nach dem Stand der Technik sind Maschinen bekannt, die Kühlmitteldüsen umfassen, welche in vielen Fällen in der Nähe des Spannfutters des Bearbeitungswerkzeugs angeordnet sind. Bei eine typischen Kühlmitteldüsen-Anordnung kann es schwierig sein, das Kühlmittel zu steuern und in geeigneter Weise auszurichten. Dies kann zu Schwierigkeiten führen. Beispielsweise wird in einem Schleifvorgang das Kühlmittel typischerweise auf das Schleifrad appliziert, welches sich dreht und dazu neigt, das Kühlmittel durch die Zentrifugalkräfte abzuschleudern. Es ist gelegentlich erwünscht, eine konstante Zeit bis zur Anwendung zu erreichen, oder eine Zeit zwischen dem Anfangskontakt des Kühlmittels mit dem Schleifrad und dem Zeitpunkt, an welchem das Kühlmittel auf dem Rad die Kontaktfläche zwischen dem Rad und dem Werkstück erreicht. Das Schleifrad erodiert häufig während eines Schleifvorgangs, und der Schleifabrieb des Werkstücks kann abnehmen, was eine Neueinstellung der Kühlmitteldüse erfordert, wenn eine konstante Zeit bis zur Anwendung erwünscht ist. Unter anderen Umständen kann es erwünscht sein, einen konstanten Berührungswinkel aufrechtzuerhalten, oder einen Rotationswinkel zwischen dem Berührungspunkt des Kühlmittels mit dem Werkstück oder Werkzeug und dem Berührungspunkt an der Werkstück-Berührungsfläche. Es kann wiederum schwierig sein, einen konstanten Berührungswinkel aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn die Größe des Werkzeugs oder des Werkstücks sich ändert, oder wenn die Position des Werkstücks verändert wird.
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Die US-Patente
US 6 772 042 B1 (von Dimensional Control, Inc.) und
US 6 666 748 B2 (von Makino Milling Mashines Co., Ltd.) schlagen vor, servogesteuerte programmierbare Kühlmitteldüsen dazu zu verwenden, das Kühlmittel auf das Schleifrad zu richten. Die hierin beschriebenen servogesteuerten Kühlmitteldüsen und die programmierbare Kühlmitteldüse nach dem Stand der Technik erfordern spezielle Veränderungen der Maschine. Es ist im Allgemeinen erwünscht, in einigen Ausführungsformen eine Kühlmitteldüsen-Anordnung sowie in einigen Ausführungsformen ein Verfahren zu schaffen, das von dem vorstehend beschriebenen abweicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine numerisch computergesteuerte Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform eine numerisch computergesteuerte Maschine mit einem Revolverkopf und einer Kühlmitteldüse, die auf dem Revolverkopf drehbar an einer Position des Revolverkopfs montiert ist, allgemein unter Steuerung durch ein Rechnersteuersystem. Der Revolverkopf kann typischerweise gedreht werden, um verschiedene Positionen zu zeigen, und die Kühlmitteldüse kann an einer der Positionen installiert sein und aus einer Arbeitsposition herausgedreht werden, wenn sie nicht verwendet wird. Die Kühlmitteldüse kann eine Einrichtung zum Drehen der Kühlmitteldüse umfassen. Der Revolverkopf ist typischerweise in X- und Z-Richtungen linear bewegbar und möglicherweise in einer Y-Richtung, so dass die Kühlmitteldüse in verschiedene Positionen verschoben und gedreht werden kann. Die Kühlmitteldüse ist mit einer Quelle für Kühlfluid strömungsgekoppelt, durch welche ein Kühlmittel unter Druck der Kühlmitteldüse zugeführt werden kann.
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Die Kühlmitteldüse kann relativ zum Werkstück oder Werkzeug bewegt werden, während sich das Werkstück und das Werkzeug in Bezug zueinander bewegen können. In einigen Ausführungsformen kann ein konstanter Kühlmittel-Berührungswinkel bezüglich des Rads und des Werkstücks aufrechterhalten werden. In anderen Ausführungsformen kann eine konstante Zeit bis zur Anwendung des Kühlmittels aufrechterhalten werden. Die Ausführungsformen mit einer konstanten Zeit bis zur Anwendung sind besonders (jedoch nicht ausschließlich) geeignet für sogenannte „Viper“(very impressive performance extreme removal, d. h. Hochleistungs-)Schleifanwendungen. Wie im Detail im US-Patent
US 6 123 606 A beschrieben wird, wird das Viper-Schleifen gekennzeichnet durch Verwendung eines Schleifrads, typischerweise eines porösen Schleifrads, das zur Anlage an einem Werkstück gebracht wird, um Werkstückmaterial mit hoher Rate abzutragen. Kühlmittel wird auf das Schleifrad aufgesprüht, typischerweise mit hohen Drücken (herkömmlich 6,89 MPa oder 1000 psi) verglichen mit Kühlmitteldrücken, die bei anderen maschinellen Bearbeitungen verwendet werden. Kühlmittel wird typischerweise von dem porösen Schleifrad absorbiert, so dass eine Kühlung des Rads und des Werkstücks ermöglicht wird, und das Kühlmittel trägt im Allgemeinen dazu bei, das Rad zu säubern. Viper-Schleifen wird als nützlich für Materialien betrachtet, die schwierig zu bearbeiten sind, wie etwa viele Titan- oder Nickelbasierte Materialien. Das US-Patent
US 6 123 606 A wird hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit für die Offenbarung eines Schleifvorgangs eingeschlossen.
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In alternativen Ausführungsformen ist das Schleifrad auf einer Revolverkopfspindel der Maschine montiert, wobei eine Kühlmitteldüse auf einer Schleifradführung montiert ist. Die Spindel kann entlang einer Achse verschoben und gedreht werden, welche senkrecht zur Rotationsachse der Spindel und des Schleifrads steht. Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Anwendung eines Kühlmittels in einer numerisch computergesteuerten Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8. In diesem Verfahren kann die Kühlmitteldüse relativ zum Werkstück oder Werkzeug bewegt werden, während das Werkstück und das Werkzeug sich in Bezug aufeinander bewegen. In einigen Ausführungsformen bewegt sich die Kühlmitteldüse bezüglich der Rotationsachse des Schleifrads. In anderen Ausführungsformen ist die Kühlmitteldüse stationär bezüglich der Rotationsachse des Schleifrads. Beispielsweise kann die Kühlmitteldüse an einer Führung des Schleifrads montiert sein.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Vorderansicht einer numerisch computergesteuerten Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die mit geschlossenen Sicherheitstüren dargestellt ist;
- 2 ist eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine aus 1, dargestellt mit offenen Sicherheitstüren;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht bestimmter Innenraumkomponenten der numerisch computergesteuerten Maschine aus 1 und 2, welche eine Spindel, ein erstes Spannfutter, ein zweites Spannfutter und einen Revolverkopf zeigt;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, die gegenüber 3 vergrößert ist und die Spindel und die horizontal und vertikal angeordneten Schienen zeigt, entlang welcher die Spindel verschoben werden kann;
- 5 ist eine Seitenansicht des ersten Spannfutters, der Spindel und des Revolverkopfs des Bearbeitungszentrums, das in 1 dargestellt ist.;
- 6 ist eine Ansicht ähnlich zu 5, in welcher die Spindel jedoch entlang der Y-Achse verschoben ist;
- 7 ist eine Vorderansicht der Spindel, des Spannfutters und des zweiten Spannfutters der numerisch computergesteuerten Maschine, die in 1 dargestellt ist, einschließlich einer Linie, die den erlaubten Weg einer Rotationsbewegung dieser Spindel darstellt;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht des zweiten Spannfutters aus 3, welches gegenüber 3 vergrößert ist;
- 9 ist eine perspektivische Ansicht des ersten Spannfutters und des Revolverkopfs aus 2, unter Darstellung einer Bewegung des Revolverkopfs und des Revolverkopfhalters entlang der Z-Achse relativ zu der Position des Revolverkopfs in 2;
- 10 ist eine Vorderansicht einer numerisch computergesteuerten Maschine, die eine auf dem Revolverkopf montierte Kühlmitteldüse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 11 ist eine Seitenansicht der numerisch computergesteuerten Maschine aus 10;
- 12 ist eine Seitenansicht einer numerisch computergesteuerten Maschine, die eine alternative Ausführungsform einer Kühlmitteldüse zeigt;
- 13 ist eine Vorderansicht einer numerisch computergesteuerten Maschine mit einer weiteren Kühlmitteldüse;
- 14 ist eine Seitenansicht der Maschine aus 13;
- 15 ist eine Darstellung einer Seitenansicht einer Maschine, die eine Bewegung des Schleifrads und des Kühlmitteldüsen-Werkzeugs zeigt, bei der der Durchmesser des Rads während des Schleifvorgangs abnimmt, so dass eine konstante Zeit bis zur Anwendung eingehalten wird;
- 16 zeigt eine gekrümmte Kühlmitteldüse ohne einen Rotationhalter, die auf dem Revolverkopf zum Schleifen montiert ist;
- 17 ist eine Vorderansicht; und 18 eine Seitenansicht einer Kühlmitteldüse ohne einen Rotationhalter, die auf dem Revolverkopf zum Schleifen montiert ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zur Steuerachse des Werkstücks steht;
- 19 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Kühlmitteldüse, die eine Kühlmitteldüse in einem Rotationhalter zeigt, welche Kühlmitteldüse um eine A-Achse drehbar ist;
- 20 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Kühlmitteldüse, die eine Kühlmitteldüse in einem Rotationhalter zeigt, welche Kühlmitteldüse um eine C-Achse drehbar ist;
- 21 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Kühlmitteldüse, die die Kühlmitteldüse in einem Rotationhalter zeigt, welche Kühlmitteldüse um eine B-Achse drehbar ist;
- 22 ist eine perspektivische Ansicht einer numerisch computergesteuerten Maschine, welche die in 19 dargestellte Kühlmitteldüse in einem Nut-Schleifvorgang zeigt:
- 23 ist eine perspektivische Ansicht einer numerisch computergesteuerten Maschine, welche die Kühlmitteldüse aus 20 in einem Grobschleifvorgang eines Außendurchmessers zeigt;
- 24 ist eine perspektivische Ansicht des Endes einer Kühlmitteldüse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 25 ist eine Darstellung eines Bearbeitungsvorgangs, in welchem die Kühlmitteldüse auf einer Führung des Schleifrads montiert ist und welche stationär bezüglich der Rotationsachse des Schleifrads angeordnet ist, bei welcher jedoch eine konstante Zeit bis zur Anwendung erreicht wird, indem die Kühlmitteldüse und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden.
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Detaillierte Beschreibung
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In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jede geeignete Vorrichtung verwendet werden. In einigen Ausführungsformen werden die Verfahren unter Verwendung einer numerisch computergesteuerten Maschine durchgeführt, die allgemein in den 1 bis 9 dargestellt ist. Eine numerisch computergesteuerte Maschine ist selbst in weiteren Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen. Die Maschine 100 in den 1 bis 9 ist eine Maschine der NT-Serie, von welcher Versionen von Mori Seiki USA, Inc. erhältlich sind, welche die Anmelderin der vorliegenden Erfindung ist. Andere geeignete numerisch computergesteuerte Maschinen schließen die Maschinen der NL-Serie mit Revolverkopf (nicht dargestellt) ein, welche ebenfalls von Mori Seiki USA, Inc. erhältlich sind. Andere Maschinen können in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, einschließlich der NZ-, NH-, NV- und NNV-Maschinen, die ebenfalls von Mori Seiki USA, Inc. erhältlich sind.
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Mit Bezug auf die in den 1 bis 3 dargestellte Maschine der NT-Serie umfasst eine geeignete numerisch computergesteuerte Maschine im allgemeinen zumindest einen ersten Halter und einen zweiten Halter, von denen jeder ein Spindelhalter sein kann, der mit einer Spindel 144 verbunden ist, ein Revolverkopfhalter, der einem Revolverkopf 108 zugeordnet ist, oder ein Spannfutter 110, 112 . In der Ausführungsform, die in den Figuren dargestellt ist, ist die numerisch computergesteuerte Maschine 100 mit einer Spindel 144, einem Revolverkopf 108, einem ersten Spannfutter 110 und einem zweiten Spannfutter 112 versehen. Die numerisch computergesteuerte Maschine 100 umfasst ferner ein Rechnersteuersystem, das operativ mit dem ersten Halter und dem zweiten Halter zur Steuerung der Halter gekoppelt ist, wie weiter unten noch genauer beschrieben wird. Es versteht sich, dass in einigen Ausführungsformen die numerisch computergesteuerte Maschine 100 nicht alle der o. g. Komponenten umfassen muss, und in weiteren Ausführungsformen kann die numerisch computergesteuerte Maschine 100 zusätzliche Komponenten umfassen, die über die hier beschriebenen hinausgehen.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst die numerisch computergesteuerte Maschine 100 eine Bearbeitungskammer 116, in welcher verschiedene Operationen am Werkstück (nicht dargestellt) durchgeführt werden können. Jedes Element aus der Gruppe der Spindel 144, des Revolverkopfes 108, des ersten Spannfutters 110 und des zweiten Spannfutters 112 kann vollständig oder teilweise innerhalb der Bearbeitungskammer 116 angeordnet sein. In der gezeigten Ausführungsform trennen zwei bewegliche Sicherheitstüren 118 den Benutzer von der Kammer 116, um Verletzungen des Benutzers oder eine Störung des Betriebs der numerisch computergesteuerten Maschine 100 zu verhindern. Die Sicherheitstüren 118 können geöffnet sein, um einen Zugang zu der Kammer 116 zu ermöglichen, wie in 2 dargestellt ist. Die numerisch computergesteuerte Maschine 100 wird im Folgenden mit Bezug auf drei zueinander senkrecht ausgerichtete lineare Achsen (X, Y und Z) beschrieben, die in 4 dargestellt und weiter unten noch genauer beschrieben sind. Rotationsachsen um die X-, Y- und Z-Achsen sind mit „A“, „B“ und „C“ als entsprechende Rotationsachsen bezeichnet.
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Die numerisch computergesteuerte Maschine 100 ist mit einem Rechnersteuersystem zur Steuerung der verschiedenen Instrumente innerhalb der numerisch computergesteuerten Maschine ausgestattet. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Maschine mit zwei miteinander verbundenen Rechnersteuersystemen ausgestattet, nämlich einem ersten Rechnersteuersystem, das ein Benutzerschnittstellensystem umfasst (im allgemeinen in 1 mit 114 bezeichnet), und einem zweiten Rechnersteuersystem (nicht dargestellt), das operativ mit dem ersten Rechnersteuersystem verbunden ist. Das zweite Rechnersteuersystem steuert unmittelbar den Betrieb der Spindel, des Revolverkopfs und der anderen Instrumente der Maschine, während das Benutzerschnittstellensystem 114 einem Operator ermöglicht, das zweite Rechnersteuersystem zu steuern. Insgesamt können das Maschinensteuersystem und das Benutzerschnittstellensystem zusammen mit den verschiedenen Mechanismen zur Steuerung des Betriebs der Maschine als ein einziges Rechnersteuersystem betrachtet werden. In einigen Ausführungsformen betreibt der Benutzer das Benutzerschnittstellensystem zur Programmierung der Maschine. In anderen Ausführungsformen können Programme in die Maschine aus externen Quellen geladen oder in die Maschine übertragen werden. Es wird beispielsweise angenommen, dass Programme über eine PCMCIA-Schnittstelle, eine RS-232-Schnittstelle, über eine „universal serial bus“-Schnittstelle (USB), oder über eine Netzwerkschnittstelle geladen werden können, insbesondere über eine TCP/IP-Netzwerk-Schnittstelle. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine Maschine durch herkömmliche PLC-Mechanismen (programmable logic controller) gesteuert werden (nicht dargestellt).
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Wie ferner in den 1 und 2 dargestellt ist, kann die numerisch computergesteuerte Maschine 100 ein Werkzeugmagazin 142 und eine Werkzeugwechseleinrichtung 143 umfassen. Diese wirken mit der Spindel 144 zusammen, so dass die Spindel mit verschiedenen Schneidwerkzeugen arbeiten kann (gezeigt in 1 als Werkzeuge 102). Im Allgemeinen kann eine große Vielfalt von Schneidwerkzeugen vorgesehen sein; in einigen Ausführungsformen können mehrere Werkzeuge des gleichen Typs vorgesehen sein.
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Die Spindel 144 ist auf einer Wagenanordnung 120 montiert, die eine Translationsbewegung entlang der X- und Z-Achsen zulässt, und auf einem Bock 132, der es ermöglicht, die Spindel 144 entlang der Y-Achse zu bewegen. Der Bock 132 ist mit einem Motor für eine Rotation der Spindel um die B-Achse ausgestattet, die im Folgenden näher beschrieben wird. Wie dargestellt, umfasst die Wagenanordnung einen ersten Wagen 124, der auf zwei vertikalen Gewindeschienen reitet (eine Schiene mit 126 bezeichnet), so dass der erste Wagen 124 um die Spindel 144 sich entlang der X-Achse bewegt. Die Wagenanordnung umfasst ferner einen zweiten Wagen 128, der auf zwei horizontal angeordneten Gewindeschienen reitet (eine in 3 mit 130 bezeichnet), um eine Bewegung des zweiten Wagens 128 und der Spindel 144 entlang der Z-Achse zu ermöglichen. Jeder Wagen 124, 128 greift an den Schienen über verschiedene Kugelspindeleinrichtungen ein, wodurch eine Rotation der Schienen 126, 130 eine Translation des Wagens jeweils in der X- oder Z-Richtung verursacht. Die Schienen sind mit Motoren 170 und 172 für die jeweils horizontal und vertikal angeordneten Schienen ausgestattet.
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Die Spindel 144 hält das Schneidwerkzeug 102 mittels einer Spindelverbindung und eines Werkzeughalters 106. Die Spindelverbindung 145 (in 2 dargestellt) ist mit der Spindel 144 verbunden und innerhalb der Spindel 144 enthalten. Der Werkzeughalter 106 ist mit der Spindelverbindung 145 verbunden und hält das Schneidwerkzeug 102.
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Verschiedene Arten von Spindelverbindungen sind nach dem Stand der Technik bekannt und können zusammen mit der numerisch computergesteuerten Maschine 100 verwendet werden. Typischerweise ist die Spindelverbindung 145 innerhalb der Spindel 144 für die gesamte Lebensdauer der Spindel enthalten. Eine Zugangsplatte 122 für die Spindel 144 ist in den 5 und 6 dargestellt.
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Das erste Spannfutter 110 ist mit Klauen 136 versehen und in einem Lager 150 angeordnet, das bezüglich der Basis 111 der numerisch computergesteuerten Maschine 100 stationär ist. Das zweite Spannfutter 112 ist ebenfalls mit Klauen 137 versehen, doch das zweite Spannfutter 112 ist bezüglich der Basis 111 der numerisch computergesteuerten Maschine 100 beweglich. Genauer gesagt, die numerisch computergesteuerte Maschine 100 ist mit Gewindeschienen 138 versehen, sowie mit Motoren 139 zur Translation in der Z-Richtung des zweiten Lagers 152 über einen Kugelspindelmechanismus, wie zuvor beschrieben. Um die Spanentfernung zu unterstützen, ist das Lager 152 mit einer geneigten Endfläche 174 und einem Seitenrahmen 176 mit Z-geneigten Oberflächen 177, 178 versehen. Es können hydraulische Steuerungen und entsprechende Anzeigen für die Spannfutter 110, 112 vorgesehen sein, wie etwa Druckventile 182 und Steuerknöpfe 184, wie in den 1 und 2 gezeigt. Jedes Lager ist mit einem Motor (jeweils 161, 162) versehen, um eine Rotation des Spannfutters zu bewirken.
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Der Revolverkopf 108, der am besten in den 5, 6 und 9 dargestellt ist, ist in einem Revolverkopflager 146 (5) montiert, das ebenfalls in Schienen (138) eingreift und in einer Z-Richtung verschoben werden kann, wiederum mittels Kugelspindeleinrichtungen. Der Revolverkopf 108 ist mit verschiedenen Revolverkopfverbindern oder Positionen 134 ausgestattet, wie in 9 dargestellt ist. Jeder Revolverkopfverbinder 134 kann mit einem Werkzeughalter 135 oder einer anderen Verbindung zum Anschluss eines Schneidwerkzeugs verbunden werden. Da der Revolverkopf 108 eine Vielzahl von Revolverkopfverbindern 134 und Werkzeughaltern 135 aufweisen kann, kann eine Vielzahl unterschiedlicher Schneidwerkzeuge in dem Revolverkopf 108 gehalten und damit betrieben werden. Der Revolverkopf 108 kann um eine C-Achse gedreht werden, um unterschiedliche Werkzeughalter einem Werkstück zuzuwenden (und somit in vielen Ausführungsformen verschiedene Werkzeuge).
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Es ist somit ersichtlich, dass eine große Vielzahl unterschiedlicher Operationen vorgenommen werden kann. Mit Bezug auf das Werkzeug 102, das in dem Werkzeughalter 106 gehalten wird, kann ein solches Werkzeug 102 in Anlage an ein Werkstück (nicht dargestellt) gebracht werden, das durch eines oder beide Spannfutter 110, 112 gehalten wird. Wenn es notwendig oder erwünscht ist, das Werkzeug 102 zu wechseln, kann ein Ersatzwerkzeug 102 aus dem Werkzeugmagazin 142 durch die Werkzeugwechseleinrichtung 143 geholt werden. Gemäß 4 und 5 kann die Spindel 144 in der X- und Z-Richtung (in 4 dargestellt) und in der Y-Richtung (in den 5 und 6 dargestellt) verschoben werden. Eine Rotation um die B-Achse ist in 7 dargestellt, wobei die dargestellte Ausführungsform eine Rotation innerhalb eines Bereichs von 120° zu jeder Seite der Vertikalen zulässt. Eine Bewegung in der Y-Richtung und eine Rotation um die B-Achse werden durch Motoren (nicht dargestellt) angetrieben, welche hinter dem Wagen 124 angeordnet sind. Wie in den 2 und 7 zu sehen ist, ist die numerisch computergesteuerte Maschine 100 im Allgemeinen mit einer Vielzahl vertikal angeordneter Abdeckungen 180 und horizontal angeordneter Abdeckungen 181 versehen, welche eine Wand der Kammer 116 begrenzen und verhindern, dass Späne aus dieser Kammer austreten.
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Die Komponenten der numerisch computergesteuerten Maschine 100 sind nicht auf diejenigen beschränkt, die zuvor beschrieben wurden. Beispielsweise kann in einigen Fällen ein zusätzlicher Revolverkopf vorgesehen sein. In anderen Fällen können zusätzliche Spannfutter und/oder Spindeln vorgesehen sein. Im Allgemeinen ist die Maschine mit einem oder mehreren Mechanismen zur Einführung eines Kühlfluids in die Kammer 116 versehen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die numerisch computergesteuerte Maschine 100 mit unterschiedlichen Haltern ausgestattet. Das Spannfutter 110 in Kombination mit Klauen 136 bildet einen Halter, wie auch das Spannfutter 112 in Kombination mit den Klauen 137. In vielen Fälle werden diese Halter auch dazu verwendet, ein Werkstück zu halten. Beispielsweise lassen sich die Spannfutter und die dazu gehörigen Lager nach Art einer Drehbank als Spindelkopf und optionaler Reitstock zum Drehen eines Werkstücks verwenden. Die Spindel 144 und der Spindelverbinder 145 bilden einen weiteren Halter. In ähnlicher Weise schafft der Revolverkopf 108, wenn er mit verschiedenen Revolverkopfverbindern 134 versehen ist, eine Vielzahl von Haltern (in 9 dargestellt).
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Die numerisch computergesteuerte Maschine 100 kann jedes aus einer Anzahl verschiedener Arten von Schneidwerkzeugen verwenden, die nach dem Stand der Technik bekannt sind oder als geeignet erachtet werden. Beispielsweise kann das Schneidwerkzeug 102 ein Fräswerkzeug, ein Bohrwerkzeug, ein Schleifwerkzeug, ein Klingenwerkzeug, ein Hobelwerkzeug, ein Drehwerkzeug oder eine beliebige andere Art von Schneidwerkzeug sein, das in Verbindung mit einer numerisch computergesteuerten Maschine 100 als geeignet betrachtet wird. Wie zuvor erörtert, kann die numerisch computergesteuerte Maschine 100 mit mehr als einer Art von Schneidwerkzeug ausgestattet sein, und durch die Mechanismen der Werkzeugwechseleinrichtung 143 und des Magazins 142 kann an der Spindel 144 ein Werkzeug gegen ein anderes ausgetauscht werden. In gleicher Weise kann der Revolverkopf 108 mit einem oder mehreren Schneidwerkzeugen 102 ausgestattet sein, und der Operator kann zwischen den Schneidwerkzeugen 102 umschalten, indem eine Rotation des Revolverkopfs 108 verursacht wird, damit ein neuer Revolverkopfverbinder 134 in die geeignete Position gebracht wird.
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Weitere Merkmale einer numerisch computergesteuerten Maschine können beispielsweise ein Luftgebläse zum Reinigen und Entfernen von Spänen sein, verschiedene Kameras, Werkzeugkalibriereinrichtungen, Sonden, Sondenaufnehmer und Beleuchtungseinrichtungen. Die numerisch computergesteuerte Maschine, die in den 1 bis 9 dargestellt ist, ist nicht die einzige erfindungsgemäße Maschine, sondern vielmehr werden auch andere Ausführungsformen in Betracht gezogen.
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Gemäß 10 umfasst der Revolverkopf 108 eine programmierbare Kühlmitteldüse 200, die deutlicher in 11 sichtbar ist. Eine Spindel 144 umfasst ein Werkzeug, wie etwa ein Schleifrad 202, das in der dargestellten Ausführungsform einen Schleifvorgang an einem Werkstück 204 ausführt, das in einem seitlichen Spannfutter 110 gehalten wird. Die Spindel 144 kann um eine Achse R1 gedreht werden, die senkrecht zur Rotationsachse R2 des Rads 202 steht, wenn der Revolverkopf 108 sich in einer festen Position relativ zu einer Basis der Maschine befindet. Die Kühlmitteldüse 200 ist in der dargestellten Ausführungsform in einem Rotationshalter 206 montiert, der operativ an einen Motor gekoppelt ist und den Werkzeughaltern 135 ähnelt. Der Rotationshalter 206 ist dazu in der Lage, die Kühlmitteldüse 200 um eine Rotationsachse R4 zu drehen, die in der Ausführungsform der 10 und 11 senkrecht zu den Rotationsachsen R1, R2, R3 der Spindel 144, des Rads 202 und des Werkstücks 204 steht. Der Motor ist mit dem Rechnersteuersystem der Maschine gekoppelt. Der Motor kann innerhalb des Revolverkopfs 108 oder außerhalb des Revolverkopfs 108 angeordnet sein. Die Kühlmitteldüse 200 ist mit einer Quelle 208 für Kühlfluid strömungsgekoppelt, wodurch unter Steuerung durch das Rechnersteuersystem ein Fluid selektiv unter Druck der Kühlmitteldüse 200 zugeführt werden kann. Die Quelle 208 kann eine Pump- und Filterausrüstung umfassen, sowie andere bekannte Komponenten. Der Rotationshalter 206 kann ein herkömmlicher zur Rotation angetriebener Halter sein, der eine gekeilte Welle umfasst, die in eine entsprechende Struktur (nicht dargestellt) innerhalb des Revolverkopfs 108 eingreift. In einigen Ausführungsformen, die nicht die Erfindung betreffen, kann eine Kühlmitteldüse 200 auf einem herkömmlichen nicht drehbaren Halter angeordnet sein.
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Wie in den 12 bis 14 dargestellt ist, kann die Kühlmitteldüse 200 unterschiedliche Formen haben. Wie beispielsweise in 12 gezeigt ist, kann das Kühlmitteldüsen-Werkzeug ein gewinkelte Kühlmitteldüse 200A sein. In dieser Ausführungsform ist die Kühlmitteldüse 200A in einem schrägen Winkel relativ zur Rotationsachse R3 des Revolverkopfs 108 angeordnet. Wie in den 13 und 14 dargestellt ist, kann das Werkzeug alternativ ein rechtwinklige Kühlmitteldüse 200B sein und an der Seite des Revolverkopfs 108 montiert sein. In jeder dieser Ausführungsformen ist die Kühlmitteldüse an einem Rotationswerkzeughalter 206 montiert und hierdurch unabhängig von der Rotation des Revolverkopfs 108 drehbar. In der Ausführungsform der 13 und 14 sind die Rotationshalter 206 dazu angeordnet, die Kühlmitteldüsen 200B, 200C um eine Rotationsachse R4 zu drehen, die parallel zu den jeweiligen Rotationsachsen R2, R3 des Rads 202 und des Werkstücks 204 steht. In einer weiteren Ausführungsform, die in 16 dargestellt ist, kann die Kühlmitteldüse 200E gekrümmt sein.
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Das Bearbeitungswerkzeug 100 ist vorzugsweise ein numerisch gesteuertes Bearbeitungswerkzeug 100, in welchem der Revolverkopf 108 in der X- und Z-Richtung verschoben werden kann, wie in herkömmlichen Programmiertechniken. Vorzugsweise kann das Spannfutter 110 in gleicher Weise entlang Achsen verschoben werden, die senkrecht zu der Rotationsachse R4 des Werkstücks 204 steht. Es ist somit ersichtlich, dass ein großes Ausmaß an Flexibilität bei der Positionierung der Kühlmitteldüse 200 relativ zu dem Schleifrad 202 und dem Werkstück 204 erreicht werden kann. In einigen Ausführungsformen kann der Revolverkopf 108 ebenfalls in der Y-Richtung bewegbar sein.
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Wie in 15 zu sehen ist, wird während des Schleifvorgangs das Schleifrad 202 typischerweise in seinem Durchmesser reduziert, bis auf einen reduzierten Durchmesser (das Rad 202' zeigt das Rad 202 nach der Reduktion des Durchmessers). Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schleifrads 202 wurde um 100% gesteigert, um die Oberflächengeschwindigkeit des Schleifrads 202 beizubehalten. Durch Bewegen des Schleifrads 202 relativ zum Werkstück 204 entlang des gezeigten Pfads P und durch Bewegen der Kühlmitteldüse 200D von Position P1 in Position P2 (dargestellt durch 200D') kann eine konstante Zeit bis zur Anwendung des Kühlmittels bezüglich des Schleifrads 202 beibehalten werden. Die konstante Zeit bis zur Anwendung kann innerhalb der Grenzen der Maschine aufrechterhalten werden. Der Kühlmittel-Winkel ändert sich von 90° (gezeigt mit der Kühlmitteldüse 200 in Position P1) bis 180° (in Position P2), doch der Durchmesser des Rades wurde im 50% reduziert, und somit bleibt die Zeit bis zur Anwendung die gleiche.
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Hierin können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise sind das Rad 202 und das Werkstück 204 so dargestellt, dass sie die Form gerader Zylinder haben, doch es sind auch andere Formen möglich.
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Die Position der Kühlmitteldüse wird durch die Bewegung des Revolverkopfs 108 in der X- und Z-Richtung gesteuert, und dann ist die Kühlmitteldüse 200 drehbar, um die Rotationsposition der Kühlmitteldüse 200 zu steuern. Die Kühlmitteldüse kann in einem herkömmlichen Werkzeughalter montiert sein, der eine 360°-Drehung ermöglicht, wie die Werkzeughalter 135 des Revolverkopfs 108, der in 9 dargestellt ist. Die Kühlmitteldüse 200 kann das Kühlmittel entweder an einem Kontaktpunkt zwischen dem Werkstück 204 und dem Schleifwerkzeug 202 richten, oder unmittelbar auf das Schleifrad 202 für kontinuierliches Viper-Schleifen.
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17 und 18 zeigen weitere mögliche Orientierungen, in welchen die Kühlmitteldüsen 200F, 200G an dem Revolverkopf 108 montiert sein können, damit sie das Kühlmittel für das kontinuierliche Viper-Schleifen ausrichten.
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Die Kühlmitteldüse kann um jede geeignete Achse drehbar sein, wie etwa die A-, B- und C-Achsen, die in 4 dargestellt sind. Wie beispielsweise jeweils in den 19 bis 21 dargestellt ist, kann die Kühlmitteldüse 200H, 2001, 200J um die A-, C- oder B-Achsen drehbar sein. Die Rotation wird ermöglicht, wenn die Kühlmitteldüse 200H, 2001, 200J in der Betriebsposition des Revolverkopfs 108 angeordnet ist, die sich bei der dargestellten Ausführungsform „oben“ am Revolverkopf 108 befindet. Im Allgemeinen ist diese Betriebsposition die einzige Position, in welcher Kühlmittel durch einen Werkzeughalter 206 auf den Revolverkopf 108 strömt und in welcher der Revolverkopfmotor so positioniert ist, dass die Kühlmitteldüse gedreht wird. Es wird jedoch angenommen, dass weitere Betriebspositionen auf dem Revolverkopf möglich sind und dass weitere Rotationsachsen der Kühlmitteldüse vorgesehen sein können. Beispielsweise ist die Kühlmitteldüse so dargestellt, dass sie sich in einem 90° Winkel relativ zu den jeweiligen Rotationsachsen R1, R2 und R3 der Spindel 144, des Schleifrads 202 und des Revolverkopfs 108 erstreckt, doch in anderen Ausführungsformen kann sich die Kühlmitteldüse in einem schrägen Winkel bezüglich der Rotationsachsen erstrecken.
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Es ist somit ersichtlich, dass verschiedene Anordnungen möglich sind. Beispielsweise kann gemäß 22 ein Nut-Schleifvorgang durchgeführt werden, bei welcher die Kühlmitteldüse 200H aus 19 Kühlfluid zuführt, das auf das dargestellte Schleifrad 202 trifft. Alternativ kann bei dem Außendurchmesser-Rohschleifvorgang, der in 23 dargestellt ist, die Kühlmitteldüse 2001 aus 20 verwendet werden. Allgemein sind andere Anordnungen der Kühlmitteldüse relativ zum Schleifrad 202 und zum Werkstück 204 möglich.
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Die Kühlmitteldüse 200 kann um eine Rotationsachse R4 drehbar sein, die in Abhängigkeit von der Anordnung des Rotationshalters 206 variieren kann. In den Ausführungsformen, die in den 10 bis 12 dargestellt sind, haben beispielsweise die Kühlmitteldüsen 200, 200A eine Rotationsachse R4, welche der A-Achse der Maschine entspricht. In der Ausführungsform, die in den 13 und 14 dargestellt ist, haben die Kühlmitteldüsen 200B, 200C jeweils eine Rotationsachse, die der C-Achse der Maschine entspricht. In anderen Ausführungsformen kann die Kühlmitteldüse 200 um die B-Achse der Maschine drehbar sein, wie etwa die Kühlmitteldüse 200J, die in 21 dargestellt ist, oder um eine Achse schräg zu den A-, B- und C-Achsen.
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Das Kühlmittel wird unter Druck der Kühlmitteldüse (200) zugeführt, und in Verbindung mit dem Viper-Schleifen wird das Kühlmittel typischerweise unter einem Druck von etwa 3,45 - 10,34 MPa (500-1.500 psi) zugeführt. Wie in 24 gezeigt ist kann die Spitze 210 der Kühlmitteldüse 200K die Form eines schmalen Schlitzes aufweisen. Es wird angenommen, dass in einigen Ausführungsformen die Schlitzform einen laminaren Kühlmittelstrom ermöglicht, was in einigen Fällen erwünscht ist. Eine solche laminare Strömung kann ein Aufsprühen von Kühlmittel aus einem größeren Abstand ermöglichen, so dass vermieden werden kann, die Kühlmitteldüse 200 in unmittelbarer Nähe des Schleifrads 202 und/oder des Werkstücks 204 anzuordnen. Andere Kühlmitteldüsenausbildungen sind möglich. Beispielsweise kann die Spitze die Form einer Oberfläche mit vielen kleinen Löchern aufweisen (nicht dargestellt). Eine laminare Strömung kann auch bei anderen Ausführungen der Kühlmitteldüse 200 ermöglicht sein.
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Wie in 25 dargestellt ist, kann die Kühlmitteldüse 200L auf einem Schutz 212 des Schleifrads 202 montiert sein. Bei dieser Ausführungsform kann das Schleifrad 202 auf der Spindel 144 der Maschine angeordnet sein. Der Schutz 212 und somit die Kühlmitteldüse 200L sind stationär bzgl. der Rotationsachse der Kühlmitteldüse, d. h., die Kühlmitteldüse, der Schutz und das Rad bewegen sich gemeinsam in der Maschine (obwohl das Rad rotiert und somit bezüglich der Kühlmitteldüse und des Schutzes sich bewegt). Um einen konstanten Kühlmittelkontaktwinkel zu erhalten, werden das Werkstück 204 und das Schleifrad 202 relativ zueinander bewegt, während der Schutz 212 und die Kühlmitteldüse 200L stationär bezüglich der Rotationsachse R2 des Schleifrads 202 bleiben.
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Die Maschine kann (und wird üblicherweise) weitere Kühlmitteldüsen zum Aufbringen von Kühlmittel aufweisen. Einige Kühlmitteldüsen können unter niedrigerem Druck (um 0,689 Mpa oder 100 psi) arbeiten als die Drücke, die zum Viperschleifen erwünscht sind. In diesen Fällen kann die Maschine mit mehreren Pumpen ausgestattet sein, eine für Betrieb unter niedrigerem Druck und mit einer für Betrieb unter höherem Druck. Eine geeignete Hochdruckpumpe mit hohem Volumen wird unter der Marke CHIPBLASTER von Chipblaster aus Meadville, PA angeboten. In einigen Fällen sind mehrere Kühlmitteldüsen vorgesehen, eine zum Aufsprühen von Kühlmittel auf das Schleifrad (oder Werkstück) vor dem Kontaktpunkt und eine zum Aufsprühen von Kühlmittel für eine Reinigungsfunktion nach dem Kontaktpunkt. Zum Viperschleifen kann eine zweite Reinigungs-Kühlmitteldüse verwendet werden, typischerweise ist dies jedoch nicht erforderlich.
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Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf ein Schleifrad erläutert, doch es können auch wahlweise andere Werkzeuge verwendet werden. Andere Schleifräder als scheibenförmige Räder sind in Betracht zu ziehen. In gleicher Weise wurde die Erfindung in Bezug auf die in den Figuren dargestellte Maschine erläutert, doch es sind andere Maschinenanordnungen möglich. In einigen Ausführungsformen kann eine numerisch computergesteuerte Maschine 100 mit mehreren Revolverköpfen ausgestattet sein, und in einigen Ausführungsformen weisen einer oder mehrere Revolverköpfe eine Y-Achsen-Bewegungskomponente auf.
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Die Aufrechterhaltung eines konstanten Kühlmittel-Kontaktwinkels oder einer Zeit bis zur Anwendung wird innerhalb der Grenzen der Leistungsfähigkeit der numerisch computergesteuerten Maschine 100 konstant bleiben. In einigen Ausführungsformen wird die Aufrechterhaltung einer konstanten Zeit bis zur Anwendung erreicht durch Aufrechterhaltung einer konstanten Zeit innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs, so dass die Kühlmitteldüse relativ zu dem Rad oder zum Werkstück in Zwischenschritten bewegt wird. In ähnlicher Weise wird die Aufrechterhaltung eines konstanten Kühlmittel-Kontaktwinkels erreicht durch Aufrechterhaltung eines konstanten Winkels innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs, so dass wiederum die Kühlmitteldüse relativ zu dem Rad oder Werkstück in intermittierenden Schritten bewegt wird.
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Alle hierin vorgenommen Bezüge, einschließlich Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und Patenten, die hierin zitiert sind, werden hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen. Jede Beschreibung bestimmter Ausführungsformen als „bevorzugte“ Ausführungsformen oder jede andere Beschreibung von Ausführungsformen, Merkmalen oder bevorzugten Werdebereichen wird als nicht beschränkend betrachtet, und die Erfindung soll alle Ausführungsformen einschließen, die momentan als weniger bevorzugt erachtet werden. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, falls nicht anders dargestellt oder falls dies nicht im klaren Widerspruch zum Zusammenhang steht. Die Verwendung aller Beispiele oder von Formulierungen bezüglich beispielhafter Darstellungen (z. B. „wie etwa“), wie hierin vorgenommen, dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und stellen keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung dar. Jede hier vorgenommene Feststellung bezüglich der Art und der Vorteile der Erfindung oder der bevorzugten Ausführungsformen sind als nicht beschränkend zu betrachten. Darüber hinaus werden alle Kombinationen beschriebener Elemente in allen denkbaren Abwandlungen von der Erfindung umfasst, falls nicht anders dargestellt oder falls nicht im Widerspruch zum Zusammenhang. Die hierin vorgenommene Beschreibung jedes Bezugs oder Patents, selbst wenn als „vorhergehend“ identifiziert, soll nicht zugestehen, dass diese Bezugnahme oder dieses Patent als Stand der Technik der vorliegenden Erfindung entgegensteht.
