DE112021008193T5 - Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine - Google Patents

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DE112021008193T5
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additive manufacturing
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Makoto Tano
Takaya NAGAHAMA
Keisuke USUDA
Koichi SHIIBA
Kohei Kato
Masato Ito
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JTEKT Corp
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Abstract

Eine Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine hat: einen Halteabschnitt, der ein Werkstück halten kann; einen Entfernbearbeitungsabschnitt, der ein Entfernbearbeiten an dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück ausführt, wobei der Entfernbearbeitungsabschnitt ein Entfernbearbeiten eines harten Materials ausführen kann; einen Additivherstellabschnitt, der das harte Material auf eine Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks aufbringt, indem das harte Material geschmolzen wird, während das harte Material zu der Oberfläche geliefert wird; und eine Steuereinheit, die die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine steuert. Die Steuereinheit ist so aufgebaut, dass sie den Additivherstellabschnitt so steuert, dass ein aus dem harten Material hergestellter Additivabschnitt auf der Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks ausgebildet wird; und dass sie den Entfernbearbeitungsabschnitt so steuert, dass das Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt ausgeführt wird, der an dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück ausgebildet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine.
  • Hintergrund der Technik
  • In einer gemäß Patentdokument 1 offenbarten Technik wird ein zylindrisches Basismaterial einem Überlagerungsbehandeln (Überzugbehandeln) durch Laserauftragsschweißen (LMD = laser metal deposition) ausgesetzt, und ein ausgebildeter Überzugabschnitt wird geschliffen. Als ein Ergebnis wird ein Hartmetallfilm, der aus Wolframkarbid oder Chrom gebildet ist, auf der Oberfläche des zylindrischen Basismaterials ausgebildet.
  • Es ist nicht leicht, einen harten Metallfilm zu schleifen. Daher ist bislang eine zugewiesene Schleifmaschine verwendet worden, um einen harten Metallfilm zu schleifen. In der Technik gemäß Patentdokument 1 werden folgende Prozesse in Aufeinanderfolge ausgeführt. Ein zylindrisches Basismaterial wird an einer Vorrichtung angebracht, die ein LMD ausführt. Das LMD wird auf dem zylindrischen Basismaterial ausgeführt, während das Basismaterial sich dreht. Das zylindrische Basismaterial wird aus der Vorrichtung, die das LMD ausführt, entfernt. Das zylindrische Basismaterial wird an einer zugewiesenen Schleifmaschine zum Schleifen eines harten Metallfilmes angebracht. Die Schleifmaschine führt das Schleifen auf einer Oberfläche eines Überzugabschnittes des zylindrischen Basismaterials aus, während das Basismaterial gedreht wird.
  • Dokumente des zugehörigen Standes der Technik
  • Patentdokumente
  • Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldung JP 2017-110239 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Der vorstehend dargelegten Technik wird das Basismaterial an der Vorrichtung, die das LMD ausführt, angebracht, wobei das Basismaterial von der Vorrichtung, die das LMD ausführt, entfernt wird, und das Basismaterial wird an der zugewiesenen Schleifmaschine angebracht. Daher ist die Tätigkeit zum Transport des Basismaterials zwischen den Prozessvorrichtungen und das Einstellen der Vorrichtungen zwischen den Prozessen erforderlich. Folglich kann der Prozess zum Ausbilden eines Additivabschnittes an der Oberfläche eines Werkstücks und ein Formgeben des Additivabschnittes durch eine Entfernbehandlung nicht in effizienter Weise ausgeführt werden.
  • Lösung des Problems
  • Die vorliegende Erfindung kann gemäß den nachfolgend dargelegten Aspekten ausgeführt werden.
    1. (1) Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine. Die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine hat: einen Halteabschnitt, der so aufgebaut ist, dass er ein Werkstück hält; einen Entfernbearbeitungsabschnitt, der ein Entfernbearbeiten an dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück ausführt, wobei der Entfernbearbeitungsabschnitt so aufgebaut ist, dass er ein Entfernbearbeiten eines harten Materials ausführt; einen Additivherstellabschnitt, der das harte Material auf einer Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks aufbringt durch Schmelzen des harten Materials, während das harte Material zu der Oberfläche geliefert wird; und eine Steuereinheit, die die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine steuert. Die Steuereinheit ist so aufgebaut, dass sie: den Additivherstellabschnitt so steuert, dass ein aus dem harten Material hergestellter Additivabschnitt auf der Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks ausgebildet wird; und den Entfernbearbeitungsabschnitt so steuert, dass ein Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt ausgeführt wird, der auf dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück ausgebildet ist.
  • Bei einem derartigen Aspekt kann ein Additivabschnitt aus einem harten Material auf der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet werden und es kann eine Entfernbehandlung an dem Additivabschnitt ausgeführt werden, ohne das Werkstück zu entfernen oder das Werkstück erneut zu befestigen. Daher können die Prozesse zum Ausbilden des Additivabschnittes an der Oberfläche des Werkstücks und das Formen des Additivabschnittes durch eine Entfernbearbeitung in effizienter Weise im Vergleich zu einem Aspekt ausgeführt werden, bei dem verschiedene Vorrichtungen verwendet werden, um einen Additivabschnitt an der Oberfläche des Werkstücks auszubilden und eine Entfernbehandlung an dem Additivabschnitt auszuführen.
  • (2) In der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß dem vorstehend dargelegten Aspekt kann der Additivherstellabschnitt Folgendes aufweisen: einen Materiallieferabschnitt, der Pulver aus zementiertem Karbid als das harte Material liefert, einen ersten Strahlenemissionsabschnitt, der ein erstes Lichtstrahlbündel emittiert, das das Pulver des zementierten Karbids schmilzt, und einen zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt, der ein zweites Lichtstrahlbündel emittiert; und die Steuereinheit kann den Additivherstellerabschnitt so steuern, dass das geschmolzene zementierte Karbid als der Additivabschnitt auf die Oberfläche aufgebracht wird, indem bewirkt wird, dass der Materiallieferabschnitt das Pulver liefert, und indem bewirkt wird, dass der erste Strahlbündelemissionsabschnitt das erste Lichtstrahlbündel zu dem Pulver emittiert, und eine Reduktionsgeschwindigkeit einer Temperatur des geschmolzenen zementierten Karbids reduziert wird, indem bewirkt wird, dass der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt das zweite Lichtstrahlbündel zu dem geschmolzenen zementierten Karbid emittiert.
  • Bei einem derartigen Aspekt kann die Möglichkeit reduziert werden, dass eine Abschreckrissbildung in dem Additivabschnitt bewirkt wird, der an dem Werkstück ausgebildet ist, im Vergleich zu einem Aspekt, bei dem das zweite Lichtstrahlbündel nicht zu dem geschmolzenen zementierten Karbid emittiert wird.
  • (3) In der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß dem vorstehend dargelegten Aspekt kann die Steuereinheit den Additivherstellabschnitt so steuern, dass die Reduktionsgeschwindigkeit bei 540°C/Sekunde oder weniger gehalten wird, indem bewirkt wird, dass der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt das zweite Lichtstrahlbündel zu dem geschmolzenen zementierten Karbid emittiert.
  • Bei einem derartigen Aspekt kann ein Additivabschnitt aus zementierten Karbid an der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet werden und kann ein Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt ausgeführt werden, ohne dass ein Abschreckrissbilden in dem Additivabschnitt bewirkt wird, das an dem Werkstück ausgebildet wird. Es kann ein Additivabschnitt mit einer hohen Formgenauigkeit ausgebildet werden, der aus zementierten Karbid an der Oberfläche des Werkstücks hergestellt ist.
  • (4) In der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß dem vorstehend dargelegten Aspekt kann der Additivherstellabschnitt eine Additivlage als den Additivabschnitt ausbilden, indem das harte Material auf die Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks aufgebracht wird; und der Entfernbearbeitungsabschnitt kann einen Schleifstein umfassen und ein Schleifen ausführen, indem der Schleifstein mit dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück in Kontakt gebracht wird, während der Schleifstein gedreht wird.
  • Bei einem derartigen Aspekt kann eine Additivlage mit einer hohen Formgenauigkeit auf der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet werden, indem ein Schleifen an der ausgebildeten Additivlage ausgeführt wird.
  • (5) In der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine des vorstehend dargelegten Aspektes kann die Steuereinheit den Additivherstellerabschnitt so steuern, dass die Additivlage auf der Oberfläche des Werkstücks mit einer Dicke ausgebildet wird, die ausreichend ist, dass sie Entfernbearbeiten durch den Entfernbearbeitungsabschnitt widersteht.
  • Bei einem derartigen Aspekt ist es nicht erforderlich, ein Werkstück mit einer Härte vorzubereiten, die ausreichend ist, um die Additivlage während der Entfernbearbeitung zu stützen. Daher ist es möglich, ein Werkstück mit einer Härte vorzubereiten, die den Zweck der Anwendung des Werkstücks erfüllt, und zwar unabhängig von dem Inhalt des Entfernbearbeitens in einem Herstellerschritt.
  • (6) In der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß dem vorstehend dargelegten Aspekt kann die Steuereinheit den Additivherstellerabschnitt so steuern, dass die Additivlage auf der Oberfläche des Werkstücks mit einer Dicke ausgebildet wird, die ausreichend ist, dass sie einer erwarteten Größe einer maximalen Last widersteht, die dann aufgebracht wird, wenn das Werkstück als ein Produkt verwendet wird.
  • Bei einem derartigen Aspekt ist es nicht erforderlich, ein Werkstück mit einer Härte vorzubereiten, die ausreichend ist, um die Additivlage zu stützen, wenn das Werkstück als ein Produkt verwendet wird und eine Last empfängt. Daher ist es möglich, ein Werkstück mit einer Härte vorzubereiten, die den Zweck der Anwendung des Werkstücks erfüllt.
  • (7) In der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß dem vorstehend dargelegten Aspekt muss die Steuereinheit nicht eine Wärmebehandlung des Werkstücks vor dem Entfernbearbeiten, das an der Additivlage ausgeführt wird, ausführen.
  • Bei einem derartigen Aspekt ist es möglich, die Zeitspanne zu verkürzen, die erforderlich ist, um eine Additivlage auf der Oberfläche des Werkstücks auszubilden, im Vergleich zu einem Aspekt, bei dem eine Wärmebehandlung an dem Werkstück durch den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt oder den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt vor dem Entfernbearbeiten ausgeführt wird.
  • (8) In der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß dem vorstehend dargelegten Aspekt kann die Steuereinheit so aufgebaut sein, dass sie einen Fehler auf einer Oberfläche der Additivlage repariert durch Schmelzen eines Teils der Oberfläche der Additivlage, indem zumindest entweder der erste Strahlbündelemissionsabschnitt des Additivherstellabschnittes und/oder der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt des Additivherstellabschnittes nach dem Ausbilden der Additivlage gesteuert wird/werden.
  • Bei einem derartigen Aspekt können die Oberflächeneigenschaften des Werkstücks verbessert werden. Daher ist es möglich, eine Additivlage mit einer hohen Formgenauigkeit, die aus zementierten Karbid hergestellt ist, auf der Oberfläche des Werkstücks auszubilden.
  • Die vorliegende Erfindung kann in einer Vielfalt von weiteren Aspekten außer der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine ausgeführt werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in derartigen Aspekten ausgeführt werden wie beispielsweise eine Bearbeitungsvorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen der Bearbeitungsvorrichtung, ein Verfahren zum Steuern der Bearbeitungsvorrichtung, ein Computerprogramm, das das Steuerverfahren ausführt, und ein nichttransitorisches (nicht flüchtiges) Speichermedium, das das Computerprogramm speichert.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt eine Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 2 zeigt den Aufbau eines Teils eines Additivherstellabschnittes 300 im Detail.
    • 3 zeigt den Aufbau und den Betrieb eines Schutzabschnittes 500 und des Additivherstellabschnittes 300.
    • 4 zeigt den Zustand des Schutzabschnittes 500 und des Additivherstellabschnittes 300 zu dem Zeitpunkt, bei dem ein Werkstück WP durch ein Schleifrad 21 eines Schleifabschnittes 200 geschliffen wird.
    • 5 zeigt den Zustand des Schutzabschnittes 500 und des Additivherstellabschnittes 300 zu dem Zeitpunkt, bei dem der Additivherstellabschnitt 300 ein Material Mx auf einer Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufträgt.
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm einer Bearbeitung eines Werkstücks WP.
    • 7 zeigt ein Flussdiagramm einer herkömmlichen Bearbeitung des Werkstücks WP.
  • Modi zum Ausführen der Erfindung
  • A. Ausführungsbeispiel
  • 1 zeigt eine Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 1 entspricht einer Draufsicht. Jedoch zeigt 1 nicht in genauer Weise die Dimensionen und Formen der verschiedenen Abschnitte. In 1 sind einige Komponenten der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 nicht gezeigt, um das Verständnis der Technologie zu erleichtern.
  • Die Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 kann ein Additivherstellen (AM) und ein Schleifen als eine Entfernbearbeitung an einem zylindrischen Werkstück WP ausführen. Die Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 hat einen Halteabschnitt 100, einen Schleifabschnitt 200, einen Additivherstellabschnitt 300, einen Kühlmittellieferabschnitt 400, einen Schutzabschnitt 500, einen Erfassungsabschnitt 38, ein Bett 800 und eine Steuereinheit 900.
  • Der Halteabschnitt 100 kann das Werkstück WP halten (sh. den unteren Teil von 1). Des Weiteren kann der Halteabschnitt 100 das gehaltene Werkstück WP drehen. Der Halteabschnitt 100 ist so vorgesehen, dass er in der horizontalen Richtung in Bezug auf das Bett 800 bewegbar ist. Der Halteabschnitt 100 umfasst einen Tisch 12, einen Spindelstock (Antriebskopf) 13 und einen Reitstock (Gegenhalter) 14.
  • Der Tisch 12 ist an dem Bett 800 vorgesehen. Der Tisch 12 ist so vorgesehen, dass er in der horizontalen Richtung in Bezug auf das Bett 800 bewegbar ist. Nachstehend ist die Richtung, in der der Tisch 12 bewegbar ist, als eine Richtung der Achse X bezeichnet. In 1 ist die Bewegung des Halteabschnittes 100 anhand eines Pfeils AX1 gezeigt (sh. den unteren rechten Teil in 1).
  • Der Spindelstock 13 ist an dem Tisch 12 vorgesehen. Der Spindelstock 13 weist eine Einspanneinrichtung 15 auf. Die Einspanneinrichtung 15 hält ein Ende des zylindrischen Werkstücks WP. Der Spindelstock 13 kann die Einspanneinrichtung 15 drehen.
  • Der Reitstock 14 ist an dem Tisch 12 vorgesehen. Der Reitstock 14 weist eine Mitte 16 auf. Die Mitte 16 hält das andere Ende des zylindrischen Werkstücks WP. Das Werkstück WP wird durch den Spindelstock 13 um eine Drehachse gedreht, die parallel zu der Richtung der Achse X ist, wobei beide Enden des Werkstücks WP durch die Einspanneinrichtung 15 des Spindelstocks und die Mitte 16 des Reitstocks 16 gehalten werden. Die Drehachse des Spindelstocks 13 ist anhand einer Strichpunktlinie gezeigt, die parallel zu der Richtung der Achse X in den 1 und 3 bis 5 ist.
  • Der Schleifabschnitt 200 hat eine Funktion zum Ausführen eines Schleifens an dem Werkstück WP, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird (sh. den mittleren rechten Teil von 1). Genauer gesagt führt der Schleifabschnitt 200 ein Schleifen aus, indem ein Schleifsteinrad (nachstehend Schleifrad) 21 mit dem Werkstück WP in Kontakt gebracht wird, wobei dieses durch den Halteabschnitt 100 gedreht wird, während das Schleifrad 21 gedreht wird. Indem der Schleifabschnitt 200 das Schleifen an einer Additivlage Md ausführt, die auf einer Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch den Additivherstellabschnitt 300 ausgebildet wird, wird eine Additivlage Md mit einer hohen Formgenauigkeit auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildet.
  • Der Schleifabschnitt 200 kann ein Schleifen eines harten Materials ausführen. Hierbei ist das „harte Material“ ein Material inklusive einem oder mehreren Materialien, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Diamant, Siliziumkarbid, Borkarbid, Titankarbid, Wolframkarbid, kubisches Bornitrit, Titannitrit, Siliziumnitrit, Aluminiumnitrit und Aluminiumoxid besteht. Genauer gesagt umfasst das „harte Material“ zementiertes Karbid, Hochgeschwindigkeitsstahl und Keramik.
  • Hierbei ist das „zementierte Karbid“ eine Legierung, die erlangt wird durch Sintern von Pulver aus einer oder zwei oder mehr Arten an Karbiden aus TI, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W, die Metalle der Gruppen IVa, Va und VIa (Gruppen 4, 5 und 6) im Periodensystem sind, und Pulver eines Eisengruppenmetalls wie beispielsweise Fe, Co und Ni.
  • Hierbei ist der „Hochgeschwindigkeitsstahl“ ein Hochkohlenstoffstahl (Kohlenstoffstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt), der 0,7 bis 1,6% an Kohlenstoff enthält und zu dem 3,8 bis 4,5% an Cr, 1 bis 5% an V und 17 bis 22% an W hinzugefügt sind, oder Hochkohlenstoffstahl, der 0,7 bis 1,6% Kohlenstoff enthält und zu dem 3,8 bis 4,5% an Cr, 1 bis 5% an V, 5,5 bis 11% an W und 4,5 bis 6,2% Mo hinzugefügt sind. Beispiele des Hochgeschwindigkeitsstahls umfassen HSS gemäß den Angaben von ISO und SKH2, SKH3, SKH4, SKH10, SKH40, SKH50, SKH51, SKH52, SKH53, SKH54, SKH55, SKH56, SKH57, SKH58 und SKH59 gemäß den Angaben von JIS G4403 (2015).
  • Der Schleifabschnitt 200 hat einen Schleifsteinkopf (nachstehend Schleifkopf) 20, das Schleifrad 21, einen Schleifsteinantriebsmotor 22, eine Schleifsteinwelle 23 und einen Riemengetriebemechanismus 24.
  • Der Schleifkopf 20 ist an dem Bett 800 vorgesehen. Der Schleifkopf 20 ist so vorgesehen, dass er in der horizontalen Richtung in Bezug auf das Bett 800 bewegbar ist. Die Richtung, in der der Schleifkopf 20 bewegbar ist, ist senkrecht zu der Richtung, in der der Tisch 12 bewegbar ist. Hierbei ist die Richtung, in der der Schleifkopf 20 bewegbar ist, als eine Richtung der Achse Z bezeichnet. In 1 ist die Bewegung des Schleifabschnittes 200 anhand eines Pfeils Az2 gezeigt (sh. den mittleren rechten Teil in 1). Hierbei ist die vertikale obere Seite als eine positive Richtung der Achse Y definiert. Ein orthogonales Koordinatensystem, das durch die Achse X, die Achse Y und die Achse Z definiert ist, ist in 1 gezeigt.
  • Die Schleifsteinwelle 23 ist durch den Schleifkopf 20 so gestützt, dass sie um eine Richtung drehbar ist, die parallel zu der Achse X ist. Das Schleifrad 21 ist ein scheibenförmiger Schleifstein. Das Schleifrad 21 ist mit der Schleifsteinwelle 23 so verbunden, dass die Mittelachse der Scheibe und die Mittelachse der Schleifsteinwelle 23 miteinander übereinstimmen. Eine zylindrische Schleifoberfläche 21a, die parallel zu der Richtung der Achse X ist, ist an der Außenumfangsfläche der Scheibe des Schleifades 21 vorgesehen.
  • Der Schleifsteinantriebsmotor 22 wird mit Energie beliefert, um eine Drehabgabeleistung auszugeben. Der Schleifsteinantriebsmotor 22 ist an dem Schleifkopf 20 fixiert. Der Riemenübertragungsmechanismus 24 überträgt die Drehabgabeleistung des Schleifsteinantriebsmotors 22 zu der Schleifsteinwelle 23. Das heißt der Schleifabschnitt 200 dreht das Schleifrad 21 unter Verwendung des Schleifsteinantriebsmotors 22 über den Riemengetriebemechanismus 24.
  • Die Oberfläche des zylindrischen Werkstücks WP wird durch den Schleifabschnitt 200 geschliffen, der die zylindrische Schleifoberfläche 21a des sich drehenden Schleifrades 21 gegen die Oberfläche Sw des Werkstücks WP presst, während der Halteabschnitt 100 das Werkstück WP dreht.
  • Der Schleifabschnitt 200 ist in der Richtung der Achse Z in Bezug auf den Halteabschnitt 100 durch den Schleifkopf 20 bewegbar (sh. Az2 in dem mittleren rechten Teil von 1). Andererseits ist der Halteabschnitt 100 in der Richtung der Achse X bewegbar, während das Werkstück WP gedreht wird (sh. Ax1 in dem unteren rechten Teil von 1). Daher kann ein Querschleifen als ein Entfernbearbeiten an dem Werkstück WP, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird, durch den Schleifabschnitt 200 und den Halteabschnitt 100 ausgeführt werden, die durch die Steuereinheit 900 gesteuert werden.
  • Der Kühlmittellieferabschnitt 400 liefert ein Kühlmittel CL zu einem Abschnitt CP, an dem das durch den Halteabschnitt 100 gehaltene Werkstück WP und das Schleifrad 21 miteinander in Kontakt stehen (sh. den unteren rechten Teil von 1). Der Kühlmittellieferabschnitt 400 ist in Bezug auf den Schleifabschnitt 200 fixiert. In 1 ist jedoch der Kühlmittellieferabschnitt 400 unabhängig von dem Schleifabschnitt 200 gezeigt, um das Verständnis der Technologie zu erleichtern. Der Kühlmittellieferabschnitt 400 umfasst einen Tank, der das Kühlmittel CL speichert, und eine Pumpe, die das Kühlmittel CL in dem Tank zu dem Abschnitt CP pumpt, an dem das Werkstück WP und das Schleifrad 21 miteinander in Kontakt stehen.
  • 2 zeigt den Aufbau eines Teils des Additivherstellabschnittes 200 im Detail. Der Additivherstellabschnitt 300 hat eine Funktion zum Ausführen eines Additivherstellens auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird (sh. den mittleren Teil in 1). Genauer gesagt bildet der Additivherstellabschnitt 300 eine Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aus, indem ein hartes Material Mx auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht wird, das durch den Halteabschnitt 100 gedreht wird. Der Additivherstellabschnitt 300 ist in der Richtung der Achse Z in Bezug auf den Halteabschnitt 100 bewegbar. In 1 ist die Bewegung des Additivherstellabschnittes 300 durch einen Pfeil Az3 gezeigt (sh. den mittleren linken Teil in 1). Der Additivherstellabschnitt 300 umfasst einen ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, einen Materiallieferabschnitt 33 und einen zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39.
  • Der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32 emittiert ein erstes Lichtstrahlbündel LB1 zu der Außenseite des Additivherstellabschnittes 300. Der erste Lichtstrahlbündelemissionsabschnitt 32 umfasst einen Oszillationsabschnitt 34 und ein optisches System 35. Der Oszillationsabschnitt 34 emittiert ein Lichtstrahlbündel. Das optische System 35 konvergiert das durch den Oszillationsabschnitt 34 emittierte Lichtstrahlbündel zu einem Fokuspunkt (Brennpunkt), der sich an einer Position befindet, die zuvor in Bezug auf den ersten Lichtstrahlemissionsabschnitt 32 bestimmt wird. Das erste Lichtstrahlbündel LB1 schmilzt zementiertes Karbidpulver Mf auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP in der Nähe des Fokuspunktes. In 2 ist das optische System 35 in der Form einer einzelnen konvexen Linse gezeigt, um das Verständnis der Technologie zu erleichtern. Der erste Lichtstrahlemissionsabschnitt 32, der das optische System 35 umfasst, ist eine optische Vorrichtung, die verwendet wird, um ein Material auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufzubringen (aufzutragen).
  • Der Materiallieferabschnitt 33 liefert das zementiertes Karbidpulver Mf, das Woframkarbid und Kobalt als Bindemittel enthält, zu der Außenseite des Additivherstellabschnittes 300. Die Emissionsrichtung des ersten Lichtstrahlbündels LB1 durch den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32 und die Emissionsrichtung des zementierten Karbidpulvers Mf durch den Materiallieferabschnitt 33 schneiden sich einander an dem Fokuspunkt des ersten Lichtstrahlbündels LB1. Als ein Ergebnis wird das durch den Materiallieferabschnitt 33 gelieferte zementierte Karbidpulver Mf durch das erste Lichtstrahlbündel LB1 geschmolzen. Das heißt der Additivherstellabschnitt 300 kann das zementierte Karbidpulver Mf als das Material auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP auftragen, indem das Material geschmolzen wird, während das Material zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP geliefert wird, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird. Als ein Ergebnis kann ein Additivabschnitt, der aus zementierten Karbid hergestellt ist, an einem erwünschten Abschnitt auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildet werden. Der Additivherstellabschnitt 300 führt eine Richtungsenergieablagerung oder gezielte Energieabscheidung (DED = directed energy deposition) aus. Genauer gesagt führt der Additivherstellabschnitt 300 ein Laserauftragsschweißen (LMD = laser metal deposition) aus.
  • Hierbei ist das Material im Pulverzustand als „Pulver Mf“ bezeichnet. Die Struktur, die ausgebildet wird, in dem das Pulver Mf geschmolzen wird und das geschmolzene Pulver Mf auf die Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht wird, wird als ein „Additivabschnitt Md“ oder eine „Additivlage Md“ bezeichnet. Das Pulver Mf und das Material, das die Additivlage Md ausbildet, sind gemeinsam als ein „Material Mx“ oder ein „hartes Material Mx“ bezeichnet.
  • Der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 emittiert das zweite Lichtstrahlbündel LB2 zu der Außenseite des Additivherstellabschnittes 300. Der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 umfasst Komponenten, die den Komponenten des ersten Strahlbündelemissionsabschnittes 32 entsprechen. Jedoch ist der Bestrahlungsbereich auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP mit dem zweiten Lichtstrahlbündel LB2 breiter als der Bestrahlungsbereich auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP mit dem ersten Lichtstrahlbündel LB1. Der Additivherstellabschnitt 300 ist so aufgebaut, dass der Bestrahlungsbereich des harten Materials Nx auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP mit dem zweiten Lichtstrahlbündel LB2 den Bestrahlungsbereich des harten Materials Mx auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP mit dem ersten Lichtstrahlbündel LB1 umfasst.
  • Ein Teil des zweiten Lichtstrahlbündels LB2 bewirkt eine Vorerwärmung des zementierten Karbidpulvers Mf auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP vor dem ersten Lichtstrahlbündel LB1, der das Pulver Mf schmilzt. Ein anderer Teil des zweiten Lichtstrahlbündel LB2 wird verwendet, um die Reduktionsgeschwindigkeit der Temperatur des zementierten Karbids zu steuern nach dem Schmelzen auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP. Der Betrieb des zweiten Strahlbündelemissionsabschnittes 39 ist nachstehend beschrieben.
  • Ein ringartiger Additivabschnitt Md, der an der Mittelachse des Werkstücks WP ausgebildet ist, wird auf der Oberfläche Sw des zylindrischen Werkstücks WP durch den Additivherstellabschnitt 300 ausgebildet, indem das Material Mx auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht wird, während der Halteabschnitt 100 das Werkstück WP dreht.
  • Der Additivherstellabschnitt 300 ist in der Richtung der Achse Z in Bezug auf den Halteabschnitt 100 bewegbar (sh. Az3 in dem mittleren linken Teil von 1). Andererseits ist der Halteabschnitt 100 in der Richtung der Achse X bewegbar, während sich das Werkstück WP dreht (sh. Ax1 in dem unteren rechten Teil von 1). Daher wird eine Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch zementiertes Karbid, das zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht wird, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten und gedreht wird, ausgebildet durch den Additivherstellabschnitt 300 und den Halteabschnitt 100 unter Steuerung durch die Steuereinheit 900. Jedoch ist die Oberfläche der Additivlage Md nicht flach, sondern hat Spitzen und Täler, die im Allgemeinen parallel zu der Umfangsrichtung des zylindrischen Werkstücks WP sind.
  • Der Erfassungsabschnitt 38 ist eine Infrarotkamera (sh. den mittleren Teil aus 1). Der Erfassungsabschnitt 38 ist an dem Additivherstellabschnitt 300 fixiert. Der Erfassungsabschnitt 38 kann den Zustand des Werkstücks WP erlangen. Beispielsweise kann der Erfassungsabschnitt 38 das Kühlmittel CL erfassen, das auf die Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht wird. Außerdem kann der Erfassungsabschnitt 38 den Zustand des Werkstücks WP erlangen, das durch den ersten Lichtstrahlbündel LB1 bestrahlt wird. Der Erfassungsabschnitt 38 ist eine optische Vorrichtung, die verwendet wird, um ein Material zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufzubringen.
  • Das Bett 800 stützt den Halteabschnitt 100, den Schleifabschnitt 200, den Additivherstellabschnitt 300, den Kühlmittellieferabschnitt 400, den Schutzabschnitt 500 und den Erfassungsabschnitt 38. Der Halteabschnitt 100 ist in der Richtung der Achse X an dem Bett 800 bewegbar (sh. Ax1 in dem unteren rechten Teil von 1). Der Additivherstellabschnitt 300 und der Erfassungsabschnitt 38, der an dem Additivherstellabschnitt 300 fixiert ist, sind miteinander in der Richtung der Achse Z an dem Bett 800 bewegbar (sh. Az3 in dem mittleren Teil von 1). Der Schleifabschnitt 200 und der Kühlmittellieferabschnitt 400, der an dem Schleifabschnitt 200 fixiert ist, sind miteinander in der Richtung der Achse Z bewegbar (sh. Az2 in dem unteren rechten Teil von 1).
  • Die Steuereinheit 900 steuert den Halteabschnitt 100, den Schleifabschnitt 200, den Additivherstellabschnitt 300, den Kühlmittellieferabschnitt 400, den Schutzabschnitt 500 und den Erfassungsabschnitt 38. Die Steuereinheit 900 ist ein Computer, der eine Anzeige (Display) 970, die als eine Ausgabevorrichtung fungiert, und eine Tastatur (Keyboard) 980, die als eine Eingabevorrichtung fungiert, hat, sh. 1. des Weiteren hat die Steuereinheit 900 eine CPU 940 als einen Prozessor, einen RAM 950 und einen ROM 960. Die CPU 940 bewirkt, dass der Halteabschnitt 100, der Schleifabschnitt 200, der Additivherstellabschnitt 300, der Kühlmittellieferabschnitt 400, der Schutzabschnitt 500 und der Erfassungsabschnitt 38 verschiedene Funktionen implementieren, indem ein in dem ROM 960 gespeichertes Computerprogramm in den RAM 950 geladen wird und das Computerprogramm ausgeführt wird.
  • Die Steuereinheit 900 steuert die verschiedenen Abschnitte beispielsweise wie folgt. Die Steuereinheit 900 steuert den Additivherstellabschnitt 300 zum Ausbilden des aus dem harten Material Mx hergestellten Additivabschnittes Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird. Die Steuereinheit 900 steuert den Schleifabschnitt 200 zum Ausführen eines Entfernbearbeitens an dem Additivabschnitt Md, der an dem Werkstück WP ausgebildet ist, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird.
  • Als ein Ergebnis kann die Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 einen Additivabschnitt Md aus einem harten Material auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausbilden und ein Schleifen als ein Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt Md ausführen, ohne das Werkstück WP zu entfernen und das Werkstück WP erneut zu befestigen. Daher wird eine Fehlausrichtung bei der Position und bei häufiger Befestigung des Werkstücks WP nicht die Genauigkeit der Form und der Dimensionen des Additivabschnittes Md beeinträchtigen, der an der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildet ist. Folglich kann ein Abschnitt, der eine für ein Produkt erforderliche Dicke überschreitet, d.h. eine sogenannte Bearbeitungstoleranz, in dem auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildeten Additivabschnitt Md im Vergleich zu einem Aspekt reduziert werden, bei dem verschiedene Vorrichtungen verwendet werden, um einen Additivabschnitt Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP auszubilden und ein Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt Md auszuführen.
  • 3 zeigt den Aufbau und den Betrieb des Schutzabschnittes 500 und des Additivherstellabschnittes 300. Die 3 bis 5 entsprechen einer Draufsicht. Jedoch zeigen die 3 bis 5 nicht genau die Maße und Formen der verschiedenen Abschnitte. In den 3 bis 5 sind einige Komponenten der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 nicht gezeigt, um das Verständnis der Technologie zu erleichtern. Beispielsweise sind der Materiallieferabschnitt 33 und der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 (sh. 2) des Additivherstellabschnittes 300 in den 3 bis 5 nicht dargestellt.
  • Der Schutzabschnitt 500 verhindert ein Aufbringen des Kühlmittel CL auf den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, den zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und den Erfassungsabschnitt 38 (sh. den oberen mittleren Teil von 3). Der Schutzabschnitt 500 umfasst eine Abdeckung 51 und einen Druckbeaufschlagungsabschnitt 57.
  • Die Abdeckung 51 bedeckt den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und den Erfassungsabschnitt 38. Die Abdeckung 51 hat eine Öffnung 53 und einen Deckelabschnitt 52. Der Deckelabschnitt 52 kann die Öffnung 53 öffnen und schließen. Der Schutzabschnitt 500 kann wahlweise den Deckelabschnitt 52 bei einer offenen Position Po und einer geschlossenen Position Pc anordnen.
  • 4 zeigt den Zustand des Schutzabschnittes 500 und des Additivherstellabschnittes 300 zu dem Zeitpunkt, bei dem das Werkstück WP, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird, durch das Schleifrad 21 des Schleifabschnittes 200 geschliffen wird. Wenn das durch den Halteabschnitt 100 gehaltene Werkstück WP durch das Schleifrad 21 des Schleifabschnittes 200 geschliffen wird, wird der Schleifabschnitt 200 zu einer Position näher zu der Drehachse des Spindelstocks 13 als in dem in 3 gezeigten Zustand bewegt (sh. Az2 in 4).
  • Wenn das durch den Halteabschnitt 100 gehaltene Werkstück WP durch das Schleifrad 21 des Schleifabschnittes 200 geschliffen wird, ist der Deckelabschnitt 52 an der geschlossenen Position Pc angeordnet (sh. den mittleren Teil von 4). In diesem Zustand ist der Additivherstellabschnitt 300 innerhalb der Abdeckung 51 angeordnet. Das heißt der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32, der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und der Erfassungsabschnitt 38 sind durch die Abdeckung 51 bedeckt. Somit kann der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32 nicht das erste Lichtstrahlbündel LB1 zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP emittieren. Der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 kann das zweite Lichtstrahlbündel LB2 nicht zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP emittieren. Der Erfassungsabschnitt 38 kann nicht den Zustand des Werkstücks WP erlangen.
  • 5 zeigt den Zustand des Schutzabschnittes 500 und des Additivherstellabschnittes 300 zu dem Zeitpunkt, bei dem der Additivherstellabschnitt 300 das Material Mx auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufbringt. Wenn der Additivherstellabschnitt 300 das Material Mx auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufbringt, wird der Schleifabschnitt 200 zu einer Position weiter weg von der Drehachse des Spindelstocks 13 als in dem in 4 gezeigten Zustand bewegt (sh. Az2 in 5).
  • Wenn der Additivherstellabschnitt 300 das Material Mx auf die Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufbringt, ist der Deckelabschnitt 52 an der offenen Position Po angeordnet (sh. den mittleren Teil von 5). Wenn der Deckelabschnitt 52 an der offenen Position Po angeordnet ist, ist die Öffnung 53 der Abdeckung 51 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Deckelabschnitt 52 nach oben d.h. in der positiven Richtung der Achse Y, von einer Position bewegt, bei der der Deckelabschnitt 52 die Öffnung der Abdeckung 51 schließt, wie dies in 4 gezeigt ist. In 5 ist der Deckelabschnitt 52, der nach oben zurückversetzt ist, nicht gezeigt. Der Additivherstellabschnitt 300 wird entlang der Richtung der Achse Z durch die Öffnung der Abdeckung 51 zu einer Position näher zu der Drehachse des Spindelstocks 13 als in dem in 4 gezeigten Zustand bewegt (sh. Az3 in dem mittleren linken Teil von 5). Das heißt der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32, der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und der Erfassungsabschnitt 38 sind nicht durch die Abdeckung 51 bedeckt.
  • In diesem Zustand emittiert der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32 das erste Lichtstrahlbündel LB1 zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch die Öffnung 53. Der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 emittiert das zweite Lichtstrahlbündel LB2 zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch die Öffnung 53. Der Materiallieferabschnitt 33 liefert das zementierte Karbidpulver Mf zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch die Öffnung 53. Der Erfassungsabschnitt 38 nimmt das durch das Werkstück WP reflektierte Licht durch die Öffnung 53 auf.
  • Bei diesem Aufbau ist es möglich, die Möglichkeit zu reduzieren, dass die Genauigkeit beim Auftragen des Materials Mx auf der Oberfläche Sw durch den Additivherstellabschnitt 300 anhand eines Kühlmittels CL reduziert wird, das durch das sich drehende Schleifrad 21 und das sich drehende Werkstück WP verspritzt wird, auf den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und den Erfassungsabschnitt 38 in der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1, die den Schleifabschnitt 200 und den Additivherstellabschnitt 300 aufweist, aufgebracht wird. Außerdem kann die Möglichkeit reduziert werden, dass der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32, der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und der Erfassungsabschnitt 38 durch das Kühlmittel CL eine Beschädigung oder Zerstörung erlangen, das auf den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und den Erfassungsabschnitt 38 aufgebracht wird.
  • Genauer gesagt werden, wenn Tropfen des Kühlmittels CL, die durch das sich drehende Schleifrad 21 und das sich drehende Werkstück WP verspritzt werden, zu dem ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, dem zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und dem Erfassungsabschnitt 38 fliegen, die Tropfen auf die Abdeckung 51 aufgebracht, die den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und den Erfassungsabschnitt 38 bei geschlossenem Deckelabschnitt 52 bedeckt. Daher kann die Möglichkeit reduziert werden, dass das Kühlmittel CL auf den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und den Erfassungsabschnitt 38 aufgebracht wird.
  • Der Druckbeaufschlagungsabschnitt 57 kann den Druck in einem Raum innerhalb der Abdeckung 51 erhöhen, in dem der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32, der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und der Erfassungsabschnitt 38 untergebracht sind. Der Druckbeaufschlagungsabschnitt 57 ist genauer gesagt ein Kompressor. Der Druckbeaufschlagungsabschnitt 57 hält den Druck in dem Raum innerhalb der Abdeckung 51 bei geschlossener Öffnung 53 bei einem höheren Niveau als den Druck um die Abdeckung 51 herum bei, indem Außenluft komprimiert wird und die komprimierte Luft in die Abdeckung 51 geliefert wird.
  • Durch diesen Aufbau kann die Möglichkeit reduziert werden, dass Tropfen des Kühlmittels CL in den Raum innerhalb der Abdeckung 51 durch einen Zwischenraum um den Deckelabschnitt 52 herum hineingelangen, um auf den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und den Erfassungsabschnitt 38 aufgebracht zu werden, selbst wenn kleine Tropfen des Kühlmittels CL vorhanden sind, die um die Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 herum fließen.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm der Behandlung des Werkstücks WP. Zunächst wird ein zylindrisches Werkstück WP vor dem Bearbeiten als ein zu bearbeitendes Material vorbereitet (sh. rechter Teil von 6). Hierbei sind sowohl das Objekt, bevor es dem Behandeln in 6 ausgesetzt wird, als auch das Objekt, nachdem es dem Behandeln in 6 ausgesetzt worden ist, als ein Werkstück WP bezeichnet.
  • In Schritt S10 wird das Werkstück WP zu einer Schneidmaschine transportiert, die sich von der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 unterscheidet, und wird an einer Einspanneinrichtung der Schneidmaschine befestigt.
  • In Schritt S20 wird ein Drehen und Bohren an dem Werkstück WP unter Verwendung der Schneidmaschine ausgeführt. Bei Schritt S30 wird das Werkstück WP von der Schneidmaschine entfernt. Dann wird das Werkstück WP zu der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel transportiert und wird an dem Spindelstock 13 der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 befestigt (sh. der untere Teil aus 1).
  • Bei Schritt S40 wird das Additivherstellen und das Schleifen als Entfernbearbeitung an dem Werkstück WP unter Verwendung der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 ausgeführt. Schritt S40 umfasst die Schritte S42, S43, S44, S46 und S48. Das Werkstück WP wird kontinuierlich durch den Spindelstock 13 und den Reitstock 14 gehalten, ohne von dem Spindelstock 13 und dem Reitstock 14 entfernt zu werden, während die Schritte S42, S43, S44, S46 und S48 ausgeführt werden.
  • Bei Schritt S42 wird ein Grobschleifen an dem Werkstück WP ausgeführt. Genauer gesagt steuert die Steuereinheit 900 den Schleifabschnitt 200 so, dass ein Schleifen als ein Entfernbearbeiten an dem Werkstück WP ausgeführt wird, während der Halteabschnitt 100 so gesteuert wird, dass das Werkstück WP gedreht wird. Als ein Ergebnis wird ein Grobschleifen an dem Werkstück WP, das durch den Halteabschnitt 100 gedreht wird, ausgeführt, indem der Schleifabschnitt 200 das Schleifrad 21 mit dem Werkstück WP in Kontakt bringt, während das Schleifrad 21 gedreht wird. Der Kühlmittellieferabschnitt 400 liefert das Kühlmittel CL zu dem Abschnitt CP, an dem das durch den Halteabschnitt 100 gehaltene Werkstück WP und das Schleifrad 21 miteinander in Kontakt stehen.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist das Schleifrad 21 für das Grobschleifen bei Schritt S42 an den Schleifabschnitt 200 befestigt. Der Deckelabschnitt 52 des Schutzabschnittes 500 ist an der geschlossenen Position Pc angeordnet (sh. den mittleren Teil von 4). Der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32, der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und der Erfassungsabschnitt 38 sind durch die Abdeckung 51 des Schutzabschnittes 500 bedeckt. Eine funktionale Einheit der CPU 940, die einen Prozess zum Ausführen des Grobschleifens implementiert, indem verschiedene Abschnitte der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 bei Schritt S42 gesteuert werden, ist als eine erste Grobschleifeinheit 942 in 1 gezeigt.
  • Nach dem Vollenden des Grobschleifens wird der Schleifabschnitt 200 zu einer Position weiter weg von der Drehachse des Spindelstoffs 13 als der in 4 gezeigte Zustand bewegt (sh. Az2 in 5). Der Deckelabschnitt 52 des Schutzabschnittes 500 ist an der offenen Position Po angeordnet (sh. der mittlere Teil von 5). Dann wird der Additivherstellabschnitt 300 zu einer Position näher zu der Drehachse des Spindelstoffs 13 als in dem in 4 gezeigten Zustand durch die Öffnung der Abdeckung 51 unter Steuerung durch die Steuereinheit 900 bewegt (sh. Az3 in 5).
  • Danach wird das Schleifrad für das Grobschleifen bei Schritt S42, das an dem Schleifabschnitt 200 befestigt ist, durch ein Schleifad für ein Grobschleifen bei Schritt S46 ersetzt.
  • Bei Schritt S43 wird ein Überzugbehandeln eines harten Materials ausgeführt. Genauer gesagt wird eine aus zementiertem Karbid hergestellte Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch den Additivherstellabschnitt 300 ausgebildet (sh. 2).
  • Bei Schritt S43 erfasst die Steuereinheit 900 zunächst das Kühlmittel CL, das auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht wird, unter Verwendung des Erfassungsabschnittes 38. Dann steuert die Steuereinheit 900 die Abgaben des ersten Lichtstrahlbündels LB1 und des zweiten Lichtstrahlbündels LB2 zum Aufbringen des Materials Mx auf der Oberfläche Sw auf der Basis des Erfassungsergebnisses von dem Erfassungsabschnitt 38 so, dass nachstehend erörterte Funktionen ausgeführt werden können.
  • Indem ein derartiges Bearbeiten ausgeführt wird, können die Abgaben (Abgabeleistungen) des ersten Lichtstrahlbündels LB1 und des zweiten Lichtstrahlbündels LB2 im Hinblick auf den Effekt des Kühlmittels CL erhöht werden, wenn das Kühlmittel CL auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP verbleibt, das durch den Additivherstellabschnitt 300 bearbeitet wird. Daher kann die Möglichkeit reduziert werden, dass die Genauigkeit des Aufbringens des Materials Mx auf der Oberfläche Sw durch den Additivherstellabschnitt 300 reduziert wird, da das Kühlmittel CL auf das Werkstück WP aufgebracht wird.
  • Die Steuereinheit 900 steuert den Additivherstellabschnitt 300 so, dass er wie folgt fungiert. Der Materiallieferabschnitt 33 liefert das Pulver Mf als ein Material zu der Oberfläche Sw des Werkstücks WP. Der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32 emittiert das erste Lichtstrahlbündel LB1 zu dem Pulver Mf. Als ein Ergebnis wird geschmolzenes zementiertes Karbid als der Additivabschnitt Md auf die Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht (sh. 2). Der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 emittiert das zweite Lichtstrahlbündel LB2 zu dem geschmolzenen zementierten Karbid. Als ein Ergebnis wird die Reduktionsgeschwindigkeit der Temperatur des geschmolzenen zementierten Karbids im Vergleich zu einem Aspekt reduziert, bei dem das zweite Lichtstrahlbündel LB2 nicht emittiert wird. Genauer gesagt steuert die Steuereinheit 900 die Abgabeleistung des zweiten Lichtstrahlbündels LB2 so, dass die Reduktionsgeschwindigkeit der Temperatur des geschmolzenen zementierten Karbids bei 540°C/Sekunde oder weniger an dem Erstarrungspunkt von Kobalt gehalten wird, das als ein Bindemittel fungiert. Der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 emittiert außerdem das zweite Lichtstrahlbündel LB2 zu dem zementierten Karbidpulver Mf, bevor es geschmolzen wird (sh. 2). Als ein Ergebnis wird das zementierte Karbidpulver Mf vorerwärmt, bevor es durch das erste Lichtstrahlbündel LB1 geschmolzen wird.
  • Wenn die Temperatur des zementierten Karbids, das auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aufgebracht wird, schnell reduziert wird, kann ein Abschreckrissbilden in dem Additivabschnitt Md bewirkt werden, das aufgrund der Kontraktion (Zusammenziehen) des zementierten Karbids ausgebildet wird, die die Temperaturverringerung begleitet. Wenn die Reduktionsgeschwindigkeit der Temperatur des zementierten Karbids niedrig ist, wird andererseits eine Spannung aufgrund der Kontraktion des zementierten Karbids gleichförmig über einen breiten Bereich des Additivabschnittes Md verteilt. Das heißt eine hohe Spannung konzentriert sich nicht an einem Teil des Additivabschnittes Md. Daher ist es unwahrscheinlich, dass eine Abschreckrissbildung in dem Additivabschnitt Md verursacht wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann, indem die Reduktionsgeschwindigkeit der Temperaturen des geschmolzenen zementierten Karbids bei 540°C/Sekunde oder weniger gehalten wird, ein Additivabschnitt Md aus zementierten Karbid auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildet werden, ohne dass eine Abschreckrissbildung in dem auf dem Werkstück WP ausgebildeten Additivabschnitt Md bewirkt wird, und es kann danach ein Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt Md ausgeführt werden. Das heißt es kann ein Additivabschnitt Md mit hoher Formgenauigkeit, der aus zementierten Karbid hergestellt ist, auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildet werden.
  • Bei Schritt S43 steuert die Steuereinheit 900 den Additivherstellabschnitt 300 so, dass eine Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP mit einer Dicke Th ausgebildet wird, die ermöglicht, dass die Additivlage Md einem Schleifen durch den Schleifabschnitt 200 bei den Schritten S46 und S48 widersteht (sh. 2). Hierbei gibt der Ausdruck „Dicke, die ausreichend ist, damit sie X widersteht“ bei Anwendung für eine bestimmte Lage an, dass die Lage selbst dann nicht bricht, nachdem sie X ausgesetzt worden ist. Die Dicke Th der Additivlage Md, die ausgebildet wird, wird zuvor auf der Basis des Materials der Additivlage Md, der Temperatur, die durch das Material der Additivlage Md aufgrund des ersten Lichtstrahlbündel LB1 und des zweiten Lichtstrahlbündels LB2 erreicht wird, der Krümmung der Oberfläche Sw des Werkstücks WP etc. festgelegt. Daher wird, indem eine Additivlage Md mit einer geeigneten Dicke Th ausgebildet wird, der Verformungsbetrag der Additivlage Md in den Schritten S46 und S48 durch die Additivlage Md selbst bis zu einem derartigen Grad gesenkt, dass das Schleifen ausgeführt werden kann mit ausreichender Genauigkeit während des Schleifens.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Additivlage Md mit einer Dicke Th ausgebildet, die eine ausreichende Steifigkeit vorsieht zum Widerstehen des Schleifens durch den Schleifabschnitt 200 in den Schritten S46 und S48. Daher ist es nicht erforderlich, das Werkstück WP mit einer ausreichenden Härte zum Abstützen der Additivlage Md während des Schleifens in den Schritten S46 und S48 vorzubereiten. Folglich kann das Werkstück WP mit einer Härte vorbereitet werden, die den Zweck der Anwendung des Werkstücks WP als ein Produkt erfüllt unabhängig von dem Inhalt des Schleifens in den Schritten S46 und S48. Außerdem ist es ebenfalls nicht erforderlich, eine Oberflächenbehandlung an dem Werkstück WP so auszuführen, dass eine ausreichende Härte zum Stützen der Additivlage Md während des Schleifens vor dem Schleifen in den Schritten S46 und S48 vorgesehen wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird außerdem die Additivlage Md auf der Oberfläche des Werkstücks WP mit einer ausreichenden Dicke ausgebildet, um eine ausreichende Steifigkeit zu erzielen zum Widerstehen einer unerwarteten Größe einer maximalen Last zu dem Zeitpunkt, bei dem das Werkstück WP als ein Produkt verwendet wird. Daher ist es nicht erforderlich, das Werkstück WP mit einer ausreichenden Härte zum Stützen der Additivlage vorzubereiten, wenn das Werkstück als ein Produkt verwendet wird und eine Last aufnimmt. Außerdem ist es ebenfalls nicht erforderlich, eine Oberflächenbehandlung an dem Werkstück WP so auszuführen, dass eine ausreichende Härte zum Stützen der Additivlage Md vorgesehen wird, wenn das Werkstück als ein Produkt verwendet wird. Eine funktionale Einheit aus der CPU 940, die einen Prozess zum Ausführen einer Überzugbehandlung ausführt durch Steuern der verschiedenen Abschnitte bei Schritt S43, ist als eine Überzugeinheit 943 in 1 gezeigt.
  • Bei Schritt S44 in 6 wird ein Lochfüllprozess an dem Werkstück WP ausgeführt. Genauer gesagt steuert die Steuereinheit 900 den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32 des Additivherstellabschnittes 300 so, dass Fehler wie beispielsweise Risse, Löcher und Späne, die während des Ausbildens der Additivlage Md ausgebildet werden, repariert werden, indem ein Teil der Oberfläche des Werkstücks WP, an dem die Additivlage Md ausgebildet ist, bei Schritt S43 geschmolzen wird. Das heißt das erste Lichtstrahlbündel LB1 wird zu den Fehlern und umgebenden Bereichen an der Oberfläche der Additivlage Md emittiert, um ein Teil des Materials, das die Oberfläche bildet, so zu schmelzen, dass es in die Fehler fließt und die Fehler ausfüllt. Zu diesem Zeitpunkt liefert der Materiallieferabschnitt 33 das zementierte Karbidpulver Mf nicht. Außerdem emittiert der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 das zweite Lichtstrahlbündel LB2 nicht.
  • Indem derartige Prozesse ausgeführt werden, können die Eigenschaften der Oberfläche der Additivlage Md selbst dann verbessert werden, wenn Fehler wie beispielsweise Risse und Späne an der Oberfläche der Additivlage Md bei der Überzugbehandlung eines harten Materials bei Schritt S43 ausgebildet werden. Daher kann eine Additivlage Md mit hoher Formgenauigkeit, die aus zementierten Karbid an der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch die aufeinanderfolgenden Prozesse in den Schritten S46 und S48 hergestellt wird, ausgebildet werden. Eine funktionale Einheit der CPU 940, die einen Prozess zum Ausführen des Lochfüllprozesses ausführt, indem die verschiedenen Abschnitte in Schritt S44 gesteuert werden, ist als eine Lochfülleinheit 944 in 1 gezeigt.
  • Nach dem Lochfüllprozess wird der Additivherstellabschnitt 300 in die Abdeckung 51 unter der Steuerung durch die Steuereinheit 900 bewegt (sh. Az3 in 4). Danach wird der Deckelabschnitt 52 des Schutzabschnittes 500 an der geschlossenen Position Pc angeordnet (sh. den mittleren Teil in 4). Wenn der Deckelabschnitt 52 an der geschlossenen Position Pc angeordnet wird, wird die Öffnung 53 der Abdeckung 51 durch den Deckelabschnitt 52 verschlossen. Der Schleifabschnitt 200 wird zu einer Position näher zu der Drehachse des Spindelstocks 13 als in dem in 5 gezeigten Zustand bewegt (sh. Az2 in 4).
  • Bei Schritt S46 wird ein Grobschleifen an dem Werkstück WP ausgeführt. Genauer gesagt führt der Schleifenabschnitt 200 ein Grobschleifen an der Additivlage Md, die an dem Werkstück WP ausgebildet ist, aus, indem das Schleifrad 21 mit dem Werkstück WP, das durch den Halteabschnitt 100 gedreht wird, in Kontakt gebracht wird, während das Schleifrad 21 gedreht wird. Der Kühlmittellieferabschnitt 400 liefert das Kühlmittel CL zu dem Abschnitt CP, an dem das durch den Halteabschnitt 100 gehaltene Werkstück WP und das Schleifrad 21 miteinander in Kontakt stehen. Als ein Ergebnis werden die auf der Oberfläche der Additivlage Md ausgebildeten Spitzen grob entfernt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Schleifrad 21 für das Grobschleifen bei Schritt S46 an dem Schleifabschnitt 200 befestigt. Der Deckelabschnitt 52 des Schutzabschnittes 500 ist an der geschlossenen Position Pc angeordnet (sh. der mittlere Abschnitt von 4). Der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32, der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und der Erfassungsabschnitt 38 sind durch die Abdeckung 51 des Schutzabschnittes 500 bedeckt (sh. 4). Eine funktionale Einheit der CPU 940, die einen Prozess zum Ausführen des Grobschleifens ausführt, indem die verschiedenen Abschnitte bei Schritt S46 gesteuert werden, ist als eine zweite Grobschleifeinheit 946 in 1 gezeigt.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert bei Schritt S43 die Steuereinheit 900 den Additivherstellabschnitt 300 zum Ausbilden eines Additivabschnittes Md, das aus dem harten Material Mx hergestellt ist, auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird. Danach steuert in Schritt S46 die Steuereinheit 900 den Schleifabschnitt 200, um das Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt Md auszuführen, der auf dem Werkstück WP ausgebildet ist, das durch den Halteabschnitt 100 gehalten wird. Das heißt, die Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 bildet den Additivabschnitt Md aus einem harten Material auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP aus und führt ein Schleifen an dem Additivabschnitt Md aus, ohne das Werkstück WP zu entfernen und ohne das Werkstück WP erneut zu befestigen. Daher können die Prozesse zum Ausbilden des Additivabschnittes Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP und das Formen des Additivabschnittes Md durch ein Entfernbearbeiten in effizienter Weise im Vergleich zu einem Aspekt ausgeführt werden, bei dem verschiedene Vorrichtungen verwendet werden, um einen Additivabschnitt Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP auszubilden und ein Schleifen an dem Additivabschnitt Md auszuführen.
  • Nach der Vollendung des Grobschleifens wird der Schleifabschnitt 200 zu einer Position weiter von der Drehachse des Spindelstocks 13 als bei dem in 4 gezeigten Zustand bewegt (sh. Az2 und 5). Das Schleifrad für das Grobschleifen in Schritt S46, das an dem Schleifabschnitt 200 befestigt ist, wird durch ein Schleifrad für ein Feinschleifen (Finishing) bei Schritt S48 ersetzt. Danach wird der Schleifabschnitt 200 zu einer Position näher zu der Drehachse des Spindelstocks 13 als bei dem in 5 gezeigten Zustand bewegt (sh. Az2 in 4).
  • Bei Schritt S48 wird das Feinschleifen (Finishing) an dem Werkstück WP ausgeführt. Genauer gesagt führt der Schleifabschnitt 200 das Feinschleifen an der Additivlage, die auf dem Werkstück WP ausgebildet ist, aus, indem das Schleifrad 21 mit dem durch den Halteabschnitt 100 gedrehten Werkstück WP in Kontakt gebracht wird, während das Schleifrad 21 dreht. Der Kühlmittellieferabschnitt 400 liefert das Kühlmittel CL zu dem Abschnitt CP, an dem das durch den Halteabschnitt 100 gehaltene Werkstück WP und das Schleifrad 21 miteinander in Kontakt stehen. Als ein Ergebnis wird die Oberfläche der Additivlage Md so bearbeitet, dass sie mit einer hohen Genauigkeit flach wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das Schleifrad 21 für das Feinschleifen bei Schritt S48 an dem Schleifabschnitt 200 befestigt. Der Deckelabschnitt 52 des Schutzabschnittes 500 ist an der geschlossenen Position Pc angeordnet (sh. der mittlere Abschnitt von 4). Der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32, der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und der Erfassungsabschnitt 38 sind durch die Abdeckung 51 des Schutzabschnittes 500 bedeckt (sh. 4). Eine funktionale Einheit der CPU 940, die einen Prozess zum Ausführen des Feinschleifens ausführt, indem die verschiedenen Abschnitte bei Schritt S48 gesteuert werden, ist als eine Feinschleifeinheit 948 in 1 gezeigt.
  • Mit der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, die vorstehend beschrieben ist, können die Prozesse vom Ausbilden eines harten Filmes bis zu dem Feinschleifen ausgeführt werden, ohne dass andere Bearbeitungsmaschinen verwendet werden (sh. S40 in 6). Nach der Vollendung des Feinschleifens wird der Schleifabschnitt 200 zu einer Position weiter weg von der Drehachse des Spindelstocks 13 als in dem in 4 gezeigten Zustand bewegt (sh. Az2 in 5).
  • Bei Schritt S50 wird das Werkstück WP von dem Spindelstock 13 der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 entfernt (sh. den unteren Teil von 1) und zu einem vorbestimmten Endproduktspeicherort transportiert. Das Bearbeiten des Werkstücks WP durch die vorstehend erläuterten Prozesse ist vollendet.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines herkömmlichen Bearbeitens des Werkstücks WP. Zunächst wird wie bei dem Bearbeiten in 6 ein zylindrisches Werkstück WP vor dem Bearbeiten als ein zu bearbeitendes Material vorbereitet (sh. der rechte Teil von 7).
  • Bei Schritt S110 wird das Werkstück WP zu einer Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine transportiert, die ein Additivherstellen und -schneiden ausführen kann, und wird an einer Einspanneinrichtung der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine angebracht. Diese Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine kann ein Additivherstellen an anderem Stahl außer Hochgeschwindigkeitsstahl ausführen. Diese Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine kann ein Additivherstellen an harten Materialien nicht ausführen. Außerdem kann diese Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine ein Schneiden bei Aluminium und anderem Stahl außer Hochgeschwindigkeitsstahl ausführen. Diese Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine kann ein Schneiden oder Schleifen von harten Materialien nicht ausführen.
  • Bei Schritt S120 werden ein Drehen und Bohren an dem Werkstück WP unter Verwendung der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine ausgeführt. Bei Schritt S125 wird ein Überzugbearbeiten ausgeführt. Genauer gesagt wird ein Additivabschnitt auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch ein Additivherstellen durch die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine ausgebildet.
  • Bei Schritt S134 wird das Werkstück WP von der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine entfernt. Dann wird das Werkstück WP zu einer Abschreckvorrichtung transportiert und in der Abschreckvorrichtung untergebracht. In Schritt S135 wird ein Abschreckprozess wie beispielsweise eine Wärmebehandlung an dem Werkstück WP unter Verwendung der Abschreckvorrichtung ausgeführt.
  • In dem Prozess gemäß dem Ausführungsbeispiel, der in 6 gezeigt ist, wird andererseits eine Wärmebehandlung an dem Werkstück WP durch den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32 oder den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 nicht ausgeführt, bevor das Schleifen an der Additivlage Md in den Schritten S46 und S48 ausgeführt wird. Daher ist es möglich, die Zeitspanne, die zum Ausbilden einer Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP erforderlich ist, im Vergleich zu dem Aspekt in 7 zu verkürzen, bei dem die Wärmebehandlung an dem Werkstück WP in Schritt S135 in 7 vor dem Schleifen der Additivlage ausgeführt wird. Außerdem ist es ebenfalls möglich, die Zeitspanne, die zum Ausbilden einer Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP erforderlich ist, im Vergleich zu einem Aspekt zu verkürzen, bei dem eine Wärmebehandlung an dem Werkstück WP durch den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32 oder den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 vor dem Schleifen der Additivlage Md ausgeführt wird.
  • Bei Schritt S136 wird das Werkstück WP aus der Abschreckvorrichtung herausgenommen. Dann wird das Werkstück WP zu einer herkömmlichen Schleifmaschine transportiert und an einem Spindelstock der Schleifmaschine befestigt.
  • Bei Schritt S142 wird ein Grobschleifen an dem Werkstück WP in der Schleifmaschine ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Schleifrad 21 für das Grobschleifen bei Schritt S142 an der Schleifmaschine befestigt.
  • Nach dem Grobschleifen wird das Schleifrad für das Grobschleifen bei Schritt S142, das an der Schleifmaschine befestigt ist, durch ein Schleifrad für ein Grobschleifen bei Schritt S146 ersetzt.
  • Bei Schritt S143 wird das Werkstück WP von der Schleifmaschine entfernt. Dann wird das Werkstück WP zu einem Plattierbad transportiert, und das Werkstück WP wird in eine Plattierlösung in dem Plattierbad eingetaucht.
  • Bei Schritt S144 wird ein Elektroplattieren an der Oberfläche Sw des Werkstücks WP unter Verwendung von sechswertigem Chrom ausgeführt. Als ein Ergebnis wird eine Hartchromplattierlage als eine Additivlage, die aus zementiertem Karbid hergestellt ist, auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildet. Da der Prozess bei Schritt S144 durch Elektroplattieren ausgeführt wird, ist jedoch die Dicke der bei Schritt S144 ausgebildeten Additivlage gleich wie oder kleiner als 1 mm.
  • Bei dem Prozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, der in 6 gezeigt ist, wird andererseits die Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch DED (sh. S43 in 6) ausgebildet. Es ist möglich, die Additivlage Md mit einer Dicke von ungefähr 3 mm auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP durch DED auszubilden. Daher kann die Additivlage Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP mit einer Dicke Th ausgebildet werden, die eine Steifigkeit und eine Fließspannung (Streckgrenze) vorsieht, die ausreichend hoch sind, um zu ermöglichen, dass die Additivlage Md einem Schleifen durch den Schleifabschnitt 200 in den Schnitten S46 und S48 widersteht. In dem Prozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, der in 6 gezeigt ist, ist es außerdem nicht erforderlich, sechswertiges Chrom anzuwenden. Daher ist es nicht erforderlich, sechswertiges Chrom zu behandeln und handzuhaben.
  • Bei Schritt S 45 wird das Werkstück WP aus dem Plattierbad herausgenommen. Dann wird das Werkstück WP zu der herkömmlichen Schleifmaschine transportiert, und das Werkstück WP wird an dem Spindelstock der Schleifmaschine befestigt (sh. der untere Teil von 1). Da es nicht einfach ist, einen Film aus einem harten Material zu behandeln, ist die Schleifmaschine, die in den Schritten S146 und S148 verwendet wird, eine spezifische zugewiesene Schleifmaschine, die einen Film aus hartem Material schleifen kann. Jedoch wird die gleiche Schleifmaschine auch bei Schritt S142 in 7 verwendet.
  • Bei Schritt S146 wird ein Grobschleifen an dem Werkstück WP ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Schleifrad 21 für das Grobschleifen bei Schritt S146 an der Schleifmaschine befestigt.
  • Bei Schritt S147 wird das Schleifrad für das Grobschleifen bei Schritt S146, das an der Schleifmaschine befestigt ist, durch ein Schleifrad für ein Feinschleifen bei Schritt S148 ersetzt.
  • Bei Schritt S148 wird das Feinschleifen an dem Werkstück WP ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Schleifrad 21 für das Feinschleifen bei Schritt S48 an dem Schleifabschnitt 200 befestigt.
  • Bei Schritt S150 wird das Werkstück WP von dem Spindelstock der Verbundwerkstoffschleifmaschine entfernt und zu einem vorbestimmten Endproduktspeicherort transportiert. Das herkömmliche Bearbeiten des Werkstücks WP durch die vorstehend erläuterten Prozesse ist vollendet.
  • Bei dem herkömmlichen Bearbeiten wird das Werkstück WP in Aufeinanderfolge an der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine, der Schleifmaschine, der Abschreckvorrichtung, dem Plattierbad und der Schleifmaschine befestigt, während die Schritte S120 bis S148 ausgeführt werden. Bei dem Befestigen an der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine, dem ersten Befestigen an der Schleifmaschine und dem zweiten Befestigen an der Schleifmaschine sind die jeweiligen Befestigungspositionen des Werkstücks WP an den Bearbeitungsvorrichtungen zueinander versetzt, und als ein Ergebnis sind die jeweiligen Drehmitten des Werkstücks WP in den Bearbeitungsvorrichtungen zueinander versetzt. Daher ist es erforderlich, eine sogenannte Bearbeitungstoleranz in den Prozessen auf eine große Größe festzulegen, die an dem Werkstück WP unter Verwendung der herkömmlichen Verbundwerkstoffbearbeitungsvorrichtung und der Schleifmaschine zusätzlich zu dem Plattierungsprozess ausgeführt werden.
  • In den Schnitten S42, S43, S44, S46 und S48 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden im Gegensatz dazu das Additivherstellen und - schleifen als Entfernbearbeitung an dem Werkstück WP unter Verwendung der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 ausgeführt (sh. S40 in 6). Daher ist eine Tätigkeit zum Befördern des Werkstücks WP zwischen den Bearbeitungsvorrichtungen und ein Befestigen des Werkstücks WP zwischen den Prozessen nicht erforderlich. Folglich kann mit der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 die Zeitspanne, die für das Bearbeiten des Werkstücks WP erforderlich ist, im Vergleich zu den Prozessen in 7 verkürzt werden. Anders ausgedrückt kann die Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 in effizienter Weise den Prozess zum Ausbilden eines Additivabschnittes Md auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP und zum Formen der Additivlage Md durch ein Entfernbearbeiten ausführen. Als ein Ergebnis können die Kosten zum Bearbeiten des Werkstücks WP ebenfalls reduziert werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden ein Additivherstellen und ein Schleifen als Entfernprozesse (Entfernbearbeiten) durch eine einzige Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 ausgeführt (sh. S40 in 6). Daher kann ein Raum, der für derartige Prozesse in einer Fertigungsstätte erforderlich ist, im Vergleich zu dem Aspekt in 7 reduziert werden, bei dem eine herkömmliche Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine, ein Plattierbad und eine Schleifmaschine angewendet werden.
  • Die Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird als eine „Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine“ bezeichnet. Der Schleifabschnitt 200 wird außerdem als „Entfernbearbeitungsabschnitt“ bezeichnet. Das Schleifrad 21 wird auch als „Schleifstein“ bezeichnet.
  • B Weitere Ausführungsbeispiele
  • B1 Weiteres Ausführungsbeispiel 1
    1. (1) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel emittieren der erste Strahlbündelemissionsabschnitt 32 und der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt 39 des Additivherstellabschnittes 300 ein Laserstrahlbündel. Jedoch kann der Additivherstellabschnitt ein Material erwärmen und schmelzen, indem ein Bogenplasma oder ein Elektronenstrahlbündel anstelle eines Laserstrahlbündels angewendet wird.
    2. (2) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel liefert der Materiallieferabschnitt 33 das zementierte Karbidpulver Mf, das Wolfram und Kobalt enthält, zu der Außenseite des Additivherstellabschnitts 300. Jedoch kann das Material der Additivlage Md eine Vielfalt an Materialien sein wie beispielsweise eine Legierung auf Fe-Basis, eine Legierung auf Ni-Basis, eine Legierung auf Co-Basis, eine Legierung auf Cu-Basis, eine Legierung auf Al-Basis und Keramik. Chrom, Kobalt, Vanadium etc. können zu diesen Legierungen hinzugefügt werden.
  • Das Material des Werkstücks kann eine Vielfalt an Materialien sein wie beispielsweise Kohlenstoffstahl, Lagerstahl, rostfreier Stahl und Aluminium.
  • (3) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel liefert der Materiallieferabschnitt 33 das zementierte Karbidpulver Mf zu der Außenseite des Additivherstellabschnittes 300. Jedoch kann der Materiallieferabschnitt das Material in der Form eines Drahtes liefern. Alternativ kann das durch den Materiallieferabschnitt gelieferte Material eher Hochgeschwindigkeitsstahl anstatt zementiertes Karbid sein.
  • (4) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel werden der Schleifabschnitt 200 und der Additivherstellabschnitt 300 in der Richtung der Achse Z bewegt, und der Halteabschnitt 100 wird in der Richtung der Achse X bewegt. Jedoch kann entweder der Schleifabschnitt oder der Halteabschnitt so aufgebaut sein, dass sie in zwei Richtungen bewegbar sind, die zueinander senkrecht sind. Das heißt, die Verbundwerkstoffschleifmaschine kann so aufgebaut sein, dass der Schleifabschnitt eine beliebige Position innerhalb einer Ebene relativ zu dem Halteabschnitt einnehmen kann. Darüber hinaus kann entweder der Additivherstellabschnitt oder der Halteabschnitt so aufgebaut sein, dass er in zwei Richtungen bewegbar ist, die zueinander senkrecht sind. Das heißt, die Verbundwerkstoffschleifmaschine kann so aufgebaut sein, dass der Additivherstellabschnitt eine beliebige Position innerhalb einer Ebene relativ zu dem Halteabschnitt einnehmen kann.
  • (5) In dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel bedeckt die Abdeckung 51 die Gesamtheit aus dem ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32, dem zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 und dem Erfassungsabschnitt 38. Jedoch kann die Abdeckung so aufgebaut sein, dass sie beispielsweise einen Teil einer optischen Vorrichtung wie beispielsweise einen Abschnitt des ersten Strahlbündelemissionsabschnittes 32 an der entgegengesetzten Seite eines Abschnittes, an dem ein Fensterabschnitt 32w, der ein Durchtreten des ersten Lichtstrahlbündels LB1 ermöglicht, vorgesehen ist, oder einen Abschnitt an der entgegengesetzten Seite eines Abschnittes, an dem ein Fensterabschnitt, der ein Durchtreten von Außenlicht ermöglicht, das in den Erfassungsabschnitt 38 hereingenommen wird, vorgesehen ist, nicht bedeckt.
  • (6) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Erfassungsabschnitt 38 eine Infrarotkamera. Jedoch kann der Erfassungsabschnitt andere Komponenten umfassen wie beispielsweise eine digitale Stillbildkamera, die sichtbares Licht aufzeichnet, oder eine Kamera, die einen Film (bewegte Bilder) aufzeichnen kann. Es ist lediglich erforderlich, dass der Erfassungsabschnitt so aufgebaut sein soll, dass er ein auf die Oberfläche eines Werkstückes aufgebrachtes Kühlmittel erfasst.
  • (7) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel implementieren der Halteabschnitt 100 und der Schleifabschnitt 200 eine Funktion als eine zylindrische Schleifmaschine. Jedoch können der Halteabschnitt und der Schleifabschnitt eine Oberflächenschleifmaschine bilden, die die Oberfläche eines durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks schleift, indem der Halteabschnitt und der Schleifabschnitt relativ zueinander in zwei Richtungen entlang der Richtung der Außenumfangsfläche eines Schleifrades bewegt werden.
  • B2. Weiteres Ausführungsbeispiel 2
  • In dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel steuert die Steuereinheit 900 die Abgabeleistung des zweiten Lichtstrahlbündels LB2 so, dass die Reduktionsgeschwindigkeit der Temperatur des geschmolzenen zementierten Karbids bei 540°C/Sekunde oder weniger gehalten wird (sh. 2). Jedoch muss eine derartige Steuerung nicht ausgeführt werden, und das zweite Lichtstrahlbündel kann mit einer konstanten Abgabeleistung emittiert werden. Alternativ ist ein Aspekt ebenfalls möglich, bei dem die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine einen ersten Strahlbündelemissionsabschnitt aufweist und einen zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt nicht aufweist.
  • B3. Weiteres Ausführungsbeispiel 3
  • Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel führt der Schleifabschnitt 200 der Verbundwerkstoffschleifmaschine 1 ein Schleifen aus, indem das Schleifrad 21 mit dem Werkstück WP in Kontakt gebracht wird, während das Schleifrad 21 gedreht wird (sh. 4). Jedoch ist ein Aspekt ebenfalls möglich, bei dem die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine eine Schneidmaschine umfasst, die ein Werkstück anstelle des Schleifabschnittes 200 schneiden kann. Harte Materialien mit einer Vickershärte von weniger als 900 können beispielsweise geschnitten werden.
  • Bei dem Additivformen, das an einem Werkstück ausgeführt wird, wird vorzugsweise eine Additivlage mit einer Dicke ausgebildet, die ausreichend ist, dass sie einem Entfernbearbeiten durch einen Entfernbearbeitungsabschnitt wie beispielsweise ein Schleifen und Schneiden widersteht. Der Ausdruck „Dicke, die ausreichend ist, dass sie einem Entfernbearbeiten durch einen Entfernbearbeitungsabschnitt widersteht“ bezieht sich auf eine Dicke, die nicht erlaubt, dass die Additivlage Risse erhält, und die erlaubt, dass die Additivlage geringfügig bis zu einem derartigen Grad elastisch verformt wird, dass die Additivlage mit der erforderlichen Maßgenauigkeit und Formgenauigkeit während des Entfernbearbeitens durch einen Entfernbearbeitungsabschnitt bearbeitet werden kann.
  • B4. Weiteres Ausführungsbeispiel 4
  • In Schritt S43 des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels steuert die Steuereinheit 900 den Additivherstellabschnitt 300 zum Ausbilden der Additivlage Md mit einer Dicke Th, die ermöglicht, dass die Additivlage Md selbst einem Schleifen durch den Schleifabschnitt 200 in den Schritten S46 und S48 widersteht (sh. 2). Jedoch ist ein Aspekt ebenfalls möglich, bei dem die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine nicht die Additivlage Md mit einer derartigen Dicke ausbildet. In einem derartigen Aspekt wird vorzugsweise ein Werkstück mit einer Härte vorbereitet, die ausreichend ist, eine Additivlage während des Schleifens zu stützen.
  • B5. Weiteres Ausführungsbeispiel 5
  • Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel wird eine Wärmebehandlung an dem Werkstück WP durch den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32 oder den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt 39 nicht ausgeführt, bevor das Schleifen an der Additivlage Md in den Schritten S46 und S48 in 6 ausgeführt wird. Jedoch kann eine derartige Wärmebehandlung wie beispielsweise ein Abschrecken an der Oberfläche des Werkstücks durch den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt und/oder den zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt als eine Erwärmungseinrichtung des Additivherstellabschnittes vor dem Additivherstellen ausgeführt werden. Darüber hinaus kann das Werkstück zu einer Wärmebehandlungsvorrichtung befördert werden, die sich von der Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine unterscheidet, und eine Wärmebehandlung kann an dem Werkstück durch die Wärmebehandlungsvorrichtung ausgeführt werden vor dem Additivherstellen durch die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine. Indem ein derartiges Bearbeiten ausgeführt wird, können das Basismaterial des Werkstücks und die Additivlage eine Konfiguration ausführen, die es erlaubt, dass die Additivlage keine Rissbildung erfährt, und die erlaubt, dass die Additivlage geringfügig bis zu einem derartigen Grad elastisch verformt wird, dass die Additivlage mit der erforderlichen Maßgenauigkeit und Formgenauigkeit während des Schleifens bearbeitet werden kann.
  • B6. Weiteres Ausführungsbeispiel 6
  • In Schritt S44 des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels steuert die Steuereinheit 900 den ersten Strahlbündelemissionsabschnitt 32 des Additivherstellabschnittes 300 so, dass Fehler wie beispielsweise Risse und Späne auf der Oberfläche der Additivlage Md durch Schmelzen eines Teils der Oberfläche der Additivlage Md repariert werden (sh. 6). Jedoch ist ein Aspekt ebenfalls möglich, bei dem die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine eine derartige Bearbeitung nicht ausführt. Indem eine Additivlage vorgesehen wird durch Liefern eines harten Materials und Steuern eine Abgabeleistung eines Strahlbündelbestrahlungsabschnittes mit ausreichender Genauigkeit bei der Additivherstellung kann eine Additivlage Md mit ausreichend wenig Fehlern wie beispielsweise Risse, Löcher und Späne auf der Oberfläche Sw des Werkstücks WP ausgebildet werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend erörterte Ausführungsbeispiel beschränkt und kann anhand einer Vielzahl an Konfigurationen ausgeführt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale des Ausführungsbeispiels, die den technischen Merkmalen von jedem in der Zusammenfassung der Erfindung beschriebenen Aspekt entsprechen, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einige oder sämtliche der vorstehend erörterten Aufgaben zu lösen oder einige oder sämtliche der vorstehend erörterten Effekte zu erzielen. Außerdem können technische Merkmale in geeigneter Weise weggelassen werden, sofern derartige technische Merkmale nicht als essenziell hierbei beschrieben sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbundwerkstoffschleifmaschine
    12
    Tisch
    13
    Spindelstock
    14
    Reitstock
    15
    Einspanneinrichtung
    16
    Mitte
    20
    Schleifkopf
    21
    Schleifrad
    21a
    zylindrische Schleifoberfläche
    22
    Schleifsteinantriebsmotor
    23
    Schleifsteinwelle
    24
    Riemenübertragungsmechanismus
    32
    erster Strahlbündelemissionsabschnitt
    32w
    Fensterabschnitt
    33
    Materiallieferabschnitt
    34
    Oszillationsabschnitt
    35
    optisches System
    38
    Erfassungsabschnitt
    39
    zweiter Strahlbündelemissionsabschnitt
    51
    Abdeckung
    52
    Deckelabschnitt
    53
    Öffnung
    57
    Druckbeaufschlagungsabschnitt
    100
    Halteabschnitt
    200
    Schleifabschnitt
    300
    Additivherstellabschnitt
    400
    Kühlmittellieferabschnitt
    500
    Schutzabschnitt
    800
    Bett
    900
    Steuereinheit
    940
    CPU
    942
    erste Probenschleifeinheit
    943
    Überzugeinheit
    944
    Jochfülleinheit
    946
    zweite Grobschleifeinheit
    948
    Schleifeinheit
    950
    RAM
    960
    ROM
    970
    Anzeige
    980
    Tastatur
    Ax1
    Pfeil zur Anzeige einer Bewegung des Halteabschnittes 100
    Az2
    Pfeil zur Anzeige einer Bewegung des Streifabschnittes 200
    Az3
    Pfeil zur Anzeige einer Bewegung des Additivherstellabschnittes 300
    CL
    Kühlmittel
    CP
    Abschnitt, an dem das Werkstück WP und das Schleifrad 21 miteinander in Kontakt stehen
    LB1
    erstes Lichtstrahlbündel
    LB2
    zweites Lichtstrahlbündel
    Md
    Additivlage
    Mf
    Pulver
    Mx
    hartes Material
    Pc
    geschlossene Position des Deckelabschnittes 52
    Po
    offene Position des Deckelabschnittes 52
    Sw
    Oberfläche des Werkstücks WP
    Th
    Dicke der Additivlage Md
    WP
    Werkstück
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2017110239 A [0004]

Claims (8)

  1. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine mit: einem Halteabschnitt, der so aufgebaut ist, dass er ein Werkstück hält; einem Entfernbearbeitungsabschnitt, der ein Entfernbearbeiten an dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück ausführt, wobei der Entfernbearbeitungsabschnitt so aufgebaut ist, dass er ein Entfernbearbeiten eines harten Materials ausführt; einem Additivherstellabschnitt, der das harte Material auf einer Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks aufbringt durch Schmelzen des harten Materials, während das harte Material zu der Oberfläche geliefert wird; und einer Steuereinheit, die die Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine steuert, wobei die Steuereinheit so aufgebaut ist, dass sie: den Additivherstellabschnitt so steuert, dass ein aus dem harten Material hergestellter Additivabschnitt auf der Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks ausgebildet wird; und den Entfernbearbeitungsabschnitt so steuert, dass ein Entfernbearbeiten an dem Additivabschnitt ausgeführt wird, der auf dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück ausgebildet ist.
  2. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 1, wobei: der Additivherstellabschnitt Folgendes aufweist einen Materiallieferabschnitt, der Pulver aus zementiertem Karbid als das harte Material liefert, einen ersten Strahlenemissionsabschnitt, der ein erstes Lichtstrahlbündel emittiert, das das Pulver des zementierten Karbids schmilzt, und einen zweiten Strahlbündelemissionsabschnitt, der ein zweites Lichtstrahlbündel emittiert; und die Steuereinheit den Additivherstellerabschnitt so steuert, dass das geschmolzene zementierte Karbid als der Additivabschnitt auf die Oberfläche aufgebracht wird, indem bewirkt wird, dass der Materiallieferabschnitt das Pulver liefert, und indem bewirkt wird, dass der erste Strahlbündelemissionsabschnitt das erste Lichtstrahlbündel zu dem Pulver emittiert, und eine Reduktionsgeschwindigkeit einer Temperatur des geschmolzenen zementierten Karbids reduziert wird, indem bewirkt wird, dass der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt das zweite Lichtstrahlbündel zu dem geschmolzenen zementierten Karbid emittiert.
  3. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den Additivherstellabschnitt so steuert, dass die Reduktionsgeschwindigkeit bei 540°C/Sekunde oder weniger gehalten wird, indem bewirkt wird, dass der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt das zweite Lichtstrahlbündel zu dem geschmolzenen zementierten Karbid emittiert.
  4. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei: der Additivherstellerabschnitt eine Additivlage als den Additivabschnitt ausbildet, indem das harte Material auf die Oberfläche des durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstücks aufgebracht wird; und der Entfernbearbeitungsabschnitt einen Schleifstein umfasst und ein Schleifen ausführt, indem der Schleifstein mit dem durch den Halteabschnitt gehaltenen Werkstück in Kontakt gebracht wird, während der Schleifstein gedreht wird.
  5. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit den Additivherstellerabschnitt so steuert, dass die Additivlage auf der Oberfläche des Werkstücks mit einer Dicke ausgebildet wird, die ausreichend ist, dass sie Entfernbearbeiten durch den Entfernbearbeitungsabschnitt widersteht.
  6. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit den Additivherstellerabschnitt so steuert, dass die Additivlage auf der Oberfläche des Werkstücks mit einer Dicke ausgebildet wird, die ausreichend ist, dass sie einer erwarteten Größe einer maximalen Last widersteht, die dann aufgebracht wird, wenn das Werkstück als ein Produkt verwendet wird.
  7. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinheit eine Wärmebehandlung des Werkstücks vor dem Ausführen des Entfernbearbeitens, das an der Additivlage ausgeführt wird, nicht ausführt.
  8. Verbundwerkstoffbearbeitungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Steuereinheit so aufgebaut ist, dass sie einen Fehler auf einer Oberfläche der Additivlage repariert durch Schmelzen eines Teils der Oberfläche der Additivlage, indem zumindest entweder der erste Strahlbündelemissionsabschnitt des Additivherstellabschnittes und/oder der zweite Strahlbündelemissionsabschnitt des Additivherstellabschnittes nach dem Ausbilden der Additivlage gesteuert wird/werden.
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