DE19640280C2 - Werkzeugkopf für das spanende Feinbearbeiten einer Fläche eines Werkstückes während einer Drehbewegung des Werkzeugkopfes oder des Werkstückes - Google Patents

Werkzeugkopf für das spanende Feinbearbeiten einer Fläche eines Werkstückes während einer Drehbewegung des Werkzeugkopfes oder des Werkstückes

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Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für das spanende Feinbearbeiten einer Fläche eines Werkstückes während einer Drehbewegung des Werkzeugkopfes oder des Werkstückes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1 angegebenen Art.
Ein solcher Werkzeugkopf ist aus der DE 44 01 496 A1 bekannt. Der Werkzeugkopf wird zum Feinbearbeiten von Innen- und/oder Außengeometrien eines Werkstückes ver­ wendet, wobei während der Bearbeitung der Werkzeugkopf oder das Werkstück rotiert. Der Werkzeugkopf weist ein elastisch bewegliches Festkörpergelenk auf, über das eine damit verbundene Werkzeugstange verschwenkbar ist. Die Werkzeugstange ist an ihrem freien Ende mit einem Schneidmeißel zur spanenden Bearbeitung des Werkstückes versehen.
Das Festkörpergelenk ist im Schnitt U-förmig ausgebil­ det. Der eine Schenkel des Festkörpergelenks ist mit einer Werkzeugspindel oder einem Werkzeughalter, der andere Schenkel ist mit der Werkzeugstange und beide Schenkel sind über einen Steg miteinander verbunden, durch den die Schwenkachse des Festkörpergelenkes ver­ läuft. Der mit der Werkzeugstange verbundene Schenkel ist gegenüber dem mit der Werkzeugspindel oder dem Werkzeughalter verbundenen Schenkel um die Schwenkachse elastisch verschwenkbar.
Auf den mit der Werkzeugstange verbundenen Schenkel des U-förmigen Festkörpergelenkes wirkt ein Piezo-Transla­ tor, der in Abhängigkeit der anliegenden elektrischen Spannung einen mehr oder weniger großen Druck auf den mit der Werkzeugstange verbundenen Schenkel des Fest­ körpergelenks erzeugt. Der Piezo-Translator erzeugt somit die für die Stellbewegung aus einer Ausgangs­ position in eine spanende Bearbeitungsposition not­ wendige Stellkraft.
Das U-förmige Festkörpergelenk bildet zugleich eine Rückstellfeder, die bei nachlassendem, durch den Piezo- Translator erzeugten Druck unter Mitnahme der Werkzeug­ stange mit dem Schneidmeißel in eine Ausgangsposition zurückverschwenkt.
Durch diese Konstruktion ist es möglich, äußerst genau unterschiedliche spanende Formgebungen mit drehendem oder stehendem Werkzeug zu verwirklichen, wie bei­ spielsweise runde als auch unrunde Werkstückgeometrien mit beliebiger Außenkontur.
Unrunde sowie nicht zylinderförmige Werkstückgeometrien erfordern Auslenkungen des Schneidmeißels mit unter­ schiedlichen Stellwegen über die 360° einer Umdrehung von Werkstück bzw. Werkzeugkopf. Piezo-Translatoren können aber nur auf Druck beansprucht werden, da der Quarz bzw. die Verbindung mit dem erforderlichen mecha­ nischen Übertragungselement nur geringe Zugspannung erlaubt.
Bei dem bekannten Werkzeugkopf wird dieser Nachteil da­ durch umgangen, daß mit dem Piezo-Translator nur Druck­ kräfte auf das Festkörpergelenk ausgeübt werden, die ein elastisches Verschwenken des einen Schenkels gegen­ über dem anderen Schenkel ermöglichen. Da die maximale Verformung weit innerhalb des elastischen Bereiches des Festkörpergelenkwerkstoffes, wie z. B. Stahl, liegt, federt das Gelenk - wie oben ausgeführt - bei Wegnahme oder Reduzierung der durch den Piezo-Translator erzeug­ ten Druckspannung automatisch wieder in seine Ausgangs­ lage zurück. Damit kein undefinierter Verformungszu­ stand eintreten kann, wird mit einer entsprechenden Vorspannung gearbeitet.
Ein derartiger Werkzeugkopf hat den Nachteil, daß das Verhalten eines Piezo-Translators mit dem Verhalten eines elektrischen Kondensators vergleichbar ist, was den Anwendungsbereich einschränkt bzw. den Steuer- und Regelungsaufwand erhöht. Ferner sind hohe Arbeitsspan­ nungen notwendig, so daß Wandler erforderlich sind.
Aus der DE 32 45 053 A1 ist eine Werkzeugmaschine mit einer Verstelleinrichtung für einen Schneidmeißel be­ kannt, der auf einer aus zwei länglichen, miteinander verbundenen Gliedern aus verschiedenen magnetostrikti­ ven Werkstoffen bestehenden Werkzeugstange angeordnet ist, die von einer elektrischen, ein Magnetfeld erzeu­ genden Spule umgeben ist. Die Werkzeugstange dient als Stellantrieb zum Verschwenken des Schneidmeißels. Die durch das Magnetfeld verursachte relativ zueinander unterschiedliche magnetostriktive Längenänderung der beiden Glieder der Werkzeugstange, wie eine Dehnung des einen Gliedes und eine Schrumpfung des anderen Gliedes oder relativ zueinander unterschiedliche Dehnungen/- Schrumpfungen der beiden Glieder, erzeugt die genannte Ablenkung des Schneidmeißels. Die Werkzeugstange mit dem Schneidmeißel wird durch das Magnetfeld verbogen und somit direkt ausgelenkt.
Durch diese Konstruktion besteht die Gefahr der Hyste­ rese durch zwei gegeneinander arbeitende Werkstoffe mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Weiterhin ist die Herstellung der Werkstoffkombination durch Kle­ ben oder Schweißen aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werk­ zeugkopf anzugeben, der unter Vermeidung der genannten Nachteile einfacher in der Anwendung ist. Insbesondere soll der Werkzeugkopf einfach an vorgegebene Rahmen­ bedingungen anpaßbar sein.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbe­ griffsmerkmalen gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ferro­ magnetische Körper durch Ummagnetisierung reversible Längenänderungen erfahren und dieser Effekt zur Erzeu­ gung einer Stellkraft für einen Schneidmeißel ausge­ nutzt werden kann. Die Magnetostriktion kann positiv - Ausdehnung in Magnetisierungsrichtung, z. B. Eisen, - oder negativ - Verkürzung in Magnetisierungsrichtung, z. B. Nickel, - sein. Durch Verwendung des Effektes der Magnetostriktion für einen Stellantrieb eines Werkzeug­ kopfes wird eine einfache Anpassung an übliche Be­ triebsspannungen (5 V, 24 V, 220 V, ...), und damit auch eine einfache elektrische Steuerung, mit geringem Aufwand ermöglicht, wie z. B. durch Schalten von Strömen mit Hilfe von Transistoren im Niederspannungs­ bereich.
Über das elektrische Magnetfeld des magnetostriktiven Stellantriebs werden auch hohe Stellfrequenzen möglich, so daß sich ein breites Spektrum der Formgebung bei einfacher Steuerung ergibt.
Je nach Wahl des Werkstoffes für den Dehnstab können relativ große Längenänderungen und Stellkräfte erzeugt werden. Die Verstellbewegung des Schneidmeißels kann dadurch an praxisgerechte Anforderungen einfach an­ gepaßt werden kann.
Über ein einstellbares, dem Dehnstab zugeordnetes Kraftübertragungselement kann die Ausgangsposition des Schneidmeißels und die Vorspannung der Rückstellfeder kontinuierlich eingestellt werden, wodurch nicht nur die Zustellbewegung, sondern auch die Rückstellbewegung des Schneidmeißels optimiert werden kann. Beliebige Konturen können nunmehr reproduzierbar auf einfache Weise hergestellt werden. Die kontinuierliche Einstel­ lung ist für die Anpassung an unterschiedliche Einsatz­ situationen, insbesondere Einsatztemperaturen und ge­ wünschte Verhaltensweisen der Rückstellfeder, notwen­ dig.
Der Antrieb für die Stellbewegung des Schneidmeißels aus der Ausgangsposition in eine Bearbeitungsposition wird dabei durch axiale positive Magnetostriktion erzeugt.
Der Antrieb für die Stellbewegung aus einer Bearbei­ tungsposition in Richtung der Ausgangsposition wird durch Rückgängigmachen der axialen positiven Magneto­ striktion sowie durch die Rückstellfeder erzeugt. Da­ durch wird sichergestellt, daß die Stellbewegung aus einer Bearbeitungsposition in Richtung Ausgangsposition im wesentlichen ohne Zeitverzögerung durchgeführt werden kann.
Durch die kontinuierliche Einstellung des Schneidmei­ ßels können nicht nur beliebige Konturen erzeugt wer­ den, es kann auch im Schneidprozeß der Schneidmeißel nachgestellt werden - ohne Absätze oder Fehler in der herzustellenden Oberflächenform. Es werden kleinste Stellschritte bei größtmöglichen Frequenzen ermöglicht.
Um insbesondere eine exakte Bearbeitung des Werkstücks zu gewährleisten, wird die Stellbewegung des Schneid­ meißels geregelt. Dafür ist ein Meßglied zum Erfassen der Stellbewegung des Schneidmeißels vorgesehen, das Teil einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zum Verstellen des Schneidmeißels ist.
Zur Herstellung vorbestimmter Konturen erfolgen pro Drehbewegung zumindest zwei unterschiedliche Stell­ bewegungen des Schneidmeißels, wobei Stellgeschwindig­ keiten von 1 bis 10 kHz möglich sind. Die Stellhübe liegen in einem Bereich von 0 bis 200 µm.
Durch bestimmte Übertragungsglieder kann der Stellweg vergrößert werden. Vorzugsweise erfolgt eine Stellbewe­ gung des Schneidmeißels dabei um eine in Bezug auf die Längsachse der Werkzeugstange senkrechte Achse.
Dies kann in einem Werkzeugkopf nach der Erfindung auf einfache Weise dadurch realisiert werden, daß die Rück­ stellfeder durch ein bearbeitetes Metallteil gebildet ist, das durch zumindest eine erste horizontal verlau­ fende Ausnehmung in eine Basis und ein Abtriebsglied geteilt ist, die durch einen Steg miteinander verbunden sind. Insbesondere ist der Steg dabei exzentrisch ange­ ordnet, so daß das Abtriebsglied bei positiver Magneto­ striktion gegenüber der Basis um eine zur Rotations­ achse außermittig liegende, durch den Steg verlaufende Schwenkachse verschwenkt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausfüh­ rungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Werk­ zeugkopf während der Bearbeitung ei­ nes Werkstücks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Werkzeugkopf gemäß einer zwei­ ten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3a bis 3c Schnittansichten von Innenkonturen, die mit dem Werkzeugkopf nach der Erfindung hergestellt wurden;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Steuer- und Regelungseinrichtung für den Werkzeugkopf gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Steuerungs- und Regelungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Werkzeugkopf 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung einer hier im einzelnen nicht dargestellten Drehmaschine. Der Werkzeugkopf 10 ist mit einem Schneidmeißel 12 versehen, der mit seiner Schneidkante zur spanenden Bearbeitung in ein rotieren­ des Werkstück 14 eingreift. Das Werkstück 14 ist in eine hier nicht dargestellte Drehspindel eingespannt. Die Längsachse 16 des Werkzeugkopfes 10 verläuft senk­ recht zur Drehachse des Werkstückes 14 und ist in Bezug auf Fig. 1 nach oben versetzt.
Im wesentlichen senkrecht zur Längsachse 16 des Werk­ zeugkopfes 10 und der Drehachse des Werkstückes 14 er­ streckt sich der Schneidmeißel 12 vom Werkzeugkopf 10 nach unten und greift mit seiner Schneidkante je nach Stellung des Schneidmeißels 12 mehr oder weniger spa­ nend in das um seine Längsachse drehende Werkstück 14 ein.
Der Werkzeugkopf 10 weist eine aus einem Drehteil ge­ fertigte Rückstellfeder 15 auf, die mit einer senkrecht zur Längsachse 16 verlaufenden Ausnehmung 18 versehen ist, die die Rückstellfeder 15 in eine Basis 20 und ein Abtriebsglied 22 teilt. Die Basis 20 und das Abtriebs­ glied 22 sind über einen in Bezug auf die Längsachse 16 exzentrisch angeordneten Steg 24 miteinander verbunden. Die Rückstellfeder 15 ist über ihre Basis 20 an einen Werkzeugschlitten 26 angeflanscht.
In dem Abtriebsglied 22 ist konzentrisch zur Längsachse 16 eine Bohrung 28 angebracht, die sich von der Ausneh­ mung 18 zur freien Seite der Rückstellfeder 15 er­ streckt. Die Bohrung 28 umfaßt eine axial gesicherte Ringplatte 30, eine daran sich anschließende elektri­ sche Erregerspule 32 sowie einen sich wiederum daran anschließenden in die Bohrung eingeschraubten Deckel 34.
Der Deckel 34, die Erregerspule 32 und die Ringplatte 30 umgreifen einen konzentrisch hierzu angeordneten Dehnstab 36 aus magnetostriktivem Material, nämlich Terfenol-D, wobei in den Deckel 34 ein Kraftübertra­ gungselement 38 eingeschraubt ist, das an einer Stirn­ seite des Dehnstabes 36 anliegt. Durch Entfernen des in die Rückstellfeder 15 eingeschraubten Deckels 34 und des in den Deckel 34 eingeschraubten Kraftübertragungs­ elementes 38 kann der Dehnstab 36 ohne weiteres ausge­ wechselt werden, beispielsweise gegen einen Dehnstab 36 mit einem anderen magnetostriktiven Verhalten. Der Werkzeugkopf 10 ist auf diese Weise einfach und schnell an bestimmte Fertigungsanforderungen, wie beispiels­ weise an einen gewünschten maximalen Stellhub, anpaß­ bar.
Durch Eindrehen des Kraftübertragungselements 38 kann bedarfsweise auch kontinuierlich eine Vorspannung auf den Dehnstab 36 aufgebracht und die Ausgangsposition des Schneidmeißels 12 eingestellt werden. Das Kraft­ übertragungselement 38 dient also als justierbarer Anschlag für den Dehnstab 36, wobei dieser nach dem Einstellen in herkömmlicher Weise gegen ein Verdrehen gesichert wird.
Die zu dem Kraftübertragungselement 38 entfernt gele­ gene Stirnseite des Dehnstabes 36 liegt unmittelbar an dem Abtriebsglied 22 an.
Das Abtriebsglied 22 ist gegenüber der Basis 20 um eine durch den Steg 24 verlaufende Schwenkachse elastisch verschwenkbar und mit ihm der Schneidmeißel 12, wodurch sich die Position des Schneidmeißels 12 relativ zur Rotationsfläche des Werkstückes 14 ändert.
Die Erregerspule 32 mit dem Dehnstab 36 aus magneto­ striktivem Werkstoff dient als Stellantrieb für die Einstellung des Schneidmeißel 12 relativ zur Rotations­ fläche des Werkstückes 14.
In einer hier nicht dargestellten Ausgangsposition ist der Schneidmeißel 12 beabstandet zum Werkstück 14 ange­ ordnet. Mit Anlegen einer Spannung an die Erregerspule 32 erfolgt eine axiale positive Magnetostriktion, d. h. der Dehnstab 36 dehnt sich axial und erzeugt eine translatorische Antriebsbewegung, die das Abtriebsglied 22 um die durch den Steg 24 verlaufende Schwenkachse gegenüber dem Abschnitt 20 und den Schneidmeißel 12 in eine Bearbeitungsposition - wie dargestellt - ver­ schwenkt.
Für die Stellbewegung des Schneidmeißels 12 aus einer Bearbeitungsposition in Richtung Ausgangsposition wird die Spannung in der Erregerspule 32 verringert, die durch Magnetostriktion erzeugte Dehnung des Stabes 36 geht zurück und die durch die elastische Verformung aufgebaute Federkraft der Rückstellfeder 15 verschwenkt den Schneidmeißel 12 mit dem Zurückgehen der Dehnung in Richtung Ausgangsposition zurück.
Das Abtriebsglied 22 bildet im Hinblick auf den durch die Erregerspule 32 und den an dem Abtriebsglied 22 fest anliegenden Dehnstab 36 gebildeten Stellantrieb ein Übertragungsglied, das die Antriebsbewegung in eine Stellbewegung umsetzt.
Mit dem magnetostriktiven Stellantrieb können pro Um­ drehung des Werkstückes mehrere unterschiedliche Stell­ bewegungen erzeugt werden, so daß auf dem Werkstück 14 unterschiedlichste Außenkonturen aufgebracht werden können.
Für bestimmte Werkstoffe und Bearbeitungsparameter kann es sinnvoll sein, den beim Drehen entstehenden Span zu brechen. Hierfür wird der Schneidmeißel 12 kurzzeitig angehoben - gestrichelt dargestellt - und anschließend wieder in seine ursprüngliche Position verschwenkt.
In Fig. 2 ist ein weiterer Werkzeugkopf 10 dargestellt, der als rotierender Bohrkopf 50 einen Aufnahmekegel 52 zum Anschließen an herkömmliche Bearbeitungszentren aufweist. In dem Aufnahmekegel 52 ist eine Bohrung 54 und eine sich daran anschließende Aussparung 56 ein­ gearbeitet, die konzentrisch zur Längs- und Drehachse 58 des Bohrkopfes 50 angeordnet sind.
In die zur breiten Seite des Aufnahmekegels 52 offene Aussparung 56 sind eine elektrische Erregerspule 60 sowie konzentrisch hierzu ein Dehnstab 62 eingebracht. In die mit einem Gewinde 53 versehene Bohrung 54 ist ein fester justierbarer Anschlag 64 eingeschraubt, der an dem Dehnstab 62 anliegt. Mit dem Einschrauben des Anschlags 64 kann eine Vorspannung auf den Dehnstab 62 aufgebracht werden. Der Anschlag 64 kann nach dem Ein­ stellen in herkömmlicher Weise gegen ein Verdrehen ge­ sichert werden.
An der dem Anschluß an das Bearbeitungszentrum abge­ wandten Stirnseite des Aufnahmekegels 52 ist eine U- förmige Rückstellfeder 66 an den Aufnahmekegel 52 an­ geflanscht, die aus einer Basis 68 und einem Abtriebs­ glied 70 besteht. Die U-förmige Rückstellfeder 66 mit der Basis 68 und dem Abtriebsglied 70 und einen diese verbindenden exzentrisch in Bezug auf die Drehachse 58 angeordneten Steg 72 ist funktionsähnlich der Rück­ stellfeder 15 des Werkzeugkopfes 10 gemäß der anhand von Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt. Das Abtriebsglied 70 ist ela­ stisch um eine durch den Steg 72 verlaufende Schwenk­ achse gegenüber der Basis 68 in der beschriebenen Art und Weise verschwenkbar.
Der Dehnstab 62 greift in den Abschnitt 68 der Rück­ stellfeder 66 ein und liegt an einem justierbaren Kraftübertragungselement 74 an, das nach dem Einstellen in herkömmlicher Weise gegen ein Verdrehen gesichert werden kann. Das zylindrisch ausgeführte Kraftüber­ tragungselement 74 liegt mit seiner dem Dehnstab 62 entfernt gelegenen Stirnseite an einem in dem Abtriebs­ glied 70 eingreifenden und darin über eine Feststell­ schraube 75 und einem Stift 77 gesicherten Zapfen 76 der Bohrstange 78 an. An dem freien Ende der Bohrstange 78 ist auf der einen Seite der Schneidmeißel 80 be­ festigt. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Dehn­ stab 62 durch Lösen der Bohrstange 78 oder durch Ent­ fernen des Anschlages 64 einfach gegen einen Dehnstab mit einem anderen magnetostriktivem Verhalten ausge­ tauscht werden.
Auf der dem Steg 72 entfernt gelegenen Seite der Rück­ stellfeder 66 ist eine Meßeinrichtung in Form eines Wegsensors 82 angeordnet, der die Auslenkung des Ab­ triebsgliedes 70 gegenüber der Basis 68 um die durch den Steg 72 verlaufende Schwenkachse und somit die Stellbewegung des Schneidmeißels 80 erfaßt.
Der Wegsensor 82 ist Teil einer Steuer- und Regelungs­ einrichtung, die eine exakte, geregelte Stellbewegung des Schneidmeißels 80 in Abhängigkeit der Drehbewegung des Bohrkopfes 50 um die Drehachse 58 ermöglicht.
Für das Einbringen der Bohrstange 78 mit dem Schneid­ meißel 80 in eine zu bearbeitende Bohrung des Werk­ stückes 14 ist die Ausgangsposition des Schneidmeißels so gewählt, daß eine berührungslose Relativbewegung zwischen dem Schneidmeißel 80 und dem Werkstück 14 erfolgen kann.
In der Fig. 3a sind unterschiedliche Konturen eines mit dem Bohrkopf 50 bearbeiteten Werkstücks 14 in Schnitt­ ansicht dargestellt. Die Konturen können dabei achs­ symmetrisch, punktsymmetrisch, asymmetrisch sein und auch Taschen, Elypsen, Polygone umfassen.
Mit dem Bohrkopf 50 lassen sich solche Innenkonturen in einem Arbeitsgang ohne Werkzeugwechsel einfach herstel­ len.
In den Fig. 4 und 5 ist jeweils schematisch die Steue­ rung- und Regelungseinrichtung einer weiteren Ausfüh­ rungsform eines Werkzeugkopfes nach der Erfindung für eine Drehmaschine - Fig. 4 - und eine Bohrmaschine - Fig. 5 - dargestellt, die vergleichbar mit der anhand der Fig. 1 bzw. Fig. 2 beschriebenen Ausführungsformen sind.
Bei der Drehmaschine gemäß Fig. 4 wird die Drehwinkel­ lage des Schneidmeißels 12 in Bezug auf das Werkstück 14 über ein Winkelmeßsystem 84 an der Drehspindel 85 und die axiale Lage des Schneidmeißels 12 zum Werkstück 14 über ein Wegmeßsystem 86 in dem den Werkzeugkopf 10 tragenden Werkzeugschlitten 26 ermittelt. Das Meßglied, beispielsweise der Wegsensor 82, erfaßt den Istwert, der im Regler 88 mit dem Sollwert verglichen wird. Daraufhin wird das Steuersignal entsprechend angepaßt. Die Stellbewegung des Schneidmeißels 12 wird hierdurch geregelt.
Die Regelung der Stellbewegung des Schneidmeißels 12 ermöglicht u. a. die Kompensation von Werkstück- oder Werkzeugspindelrundlauffehlern, unterschiedlichen Schneidmeißelbelastungen und thermischen Verstellungen des Werkzeugkopfes 10 und ähnlichem.
Die Steuerung der Drehmaschine erfolgt durch einen Rechner 90, in den auch die Daten für die gewünschte Außenkontur des Werkstückes 14 eingegeben werden.
In entsprechender Weise erfolgt die Regelung bei der Bohrmaschine mit dem Bohrkopf 50, wobei für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie bei der anhand von Fig. 2 beschriebenen zweiten Ausführungsform verwendet wurden.
Die Meßsignalübertragung kann bei beiden Ausführungs­ formen über Schleifringläufer erfolgen.
Gemäß einer weiteren, hier nicht dargestellten, Ausfüh­ rungsform der Erfindung kann die Stellbewegung bei­ spielsweise einer Drehmaschine in Wirkrichtung des translatorischen Antriebes des Dehnstabes erfolgen. Die Rückstellfeder kann dabei aus zwei über Dehnschrauben miteinander verbundene, axial gesicherte Platten gebildet sein, wobei die eine Platte als Kraftübertra­ gungselement/Übertragungsglied dient. Der Dehnstab des magnetostriktiven Stellantriebes liegt dabei mittelbar oder unmittelbar an dem Übertragungsglied an und be­ lastet dieses bei Ansteigen der elektrischen Spannung. Die Dehnschrauben werden elastisch in Wirkrichtung der Magnetostriktion - also in Richtung der Längsachsen des Dehnstabes - verstellt und bei Rückgängigmachen der po­ sitiven Magnetostriktion drücken die Dehnschrauben des Übertragungsglied mit dem daran befestigten Schneid­ meißel wieder in Richtung Ausgangsposition.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Stell­ antrieb einfach an vorgegebene Betriebsbedingungen an­ gepaßt werden kann. Durch magnetostriktive Stellantrie­ be nach der Erfindung sind Stellgeschwindigkeiten von 1 bis 10 kHz realisierbar. Je nachdem welche Überset­ zungsglieder - wie beispielsweise die U-förmig ausge­ bildete Rückstellfeder 66 gemäß Fig. 2 - verwendet werden, können Stellhübe von 0 bis 200 µm realisiert werden.
Bezugszeichenliste
10
Werkzeugkopf
12
Schneidmeißel
14
Werkstück
15
Rückstellfeder
16
Längsachse
18
Ausnehmung
20
Basis
22
Abtriebsglied
24
Steg
26
Werkzeugschlitten
28
Bohrung
30
Ringplatte
32
Erregerspule
34
Deckel
36
Dehnstab
38
Kraftübertragungselement
50
Bohrkopf
52
Aufnahmekegel
53
Gewinde
54
Bohrung
56
Aussparung
58
Längs- und Drehachse
60
Erregerspule
62
Dehnstab
64
Anschlag
66
Rückstellfeder
68
Basis
70
Abtriebsglied
72
Steg
74
Kraftübertragungselement
75
Feststellschraube
76
Zapfen
77
Stift
78
Bohrstange
80
Schneidmeißel
82
Wegsensor
84
Winkelmeßsystem
85
Drehspindel
86
Wegmeßsystem
88
Regler
90
Rechner

Claims (11)

1. Werkzeugkopf (10; 50) für das spanende Feinbe­ arbeiten einer Fläche eines Werkstückes (14) während einer Drehbewegung des Werkzeugkopfes (10; 50) oder des Werkstückes (14), mit einem Schneidmeißel (12; 80), der gegen die Kraft einer Rückstellfeder (15; 66) aus einer Aus­ gangsposition in unterschiedliche Bearbeitungs­ positionen in Bezug auf das Werkstück (14) mit­ tels eines Stellantriebes (32, 36; 60, 62) be­ wegbar ist, der ein translatorisch bewegliches Antriebsglied (36; 62) und ein die Antriebsbe­ wegung in eine Stellbewegung des Schneidmeißels (12; 80) umsetzendes Übertragungsglied (34, 38, 22; 70, 74, 76) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsglied für die Stellbewegung des Schneidmeißels (12; 80) aus der Ausgangsposi­ tion in eine der Bearbeitungspositionen ein axial positiv magnetostriktiv wirkender Dehn­ stab (36; 62) vorhanden ist, der einstückig ausgeführt und dem ein einstellbares Kraftüber­ tragungselement (38; 74) zugeordnet ist, mit dem die Ausgangsposition des Schneidmeißels (12, 80) und die Vorspannung der Rückstellfeder (15, 66) kontinuierlich einstellbar ist.
2. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirkrichtung des Antriebs­ gliedes (36; 62) senkrecht zur Drehachse des Werkstückes (14) ausgerichtet ist.
3. Werkzeugkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirkrichtung des Antriebs­ gliedes (36; 62) koaxial zur Drehachse (58) des Werkzeugkopfes (50) ausgerichtet ist.
4. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb eine Erregerspule (32; 60) und den konzentrisch in der Erregerspule (32; 60) angeordneten Dehn­ stab (36; 62) aus magnetostriktivem Material umfaßt, der auf der einen Seite an einem An­ schlag (38; 64) und auf der anderen Seite an dem Übertragungsglied (22, 70, 74, 76) anliegt.
5. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeugkopf (50) ein Meßglied (82) zum Erfassen der Stell­ bewegung des Schneidmeißels (12; 80), das Teil einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (88, 90) zum Verstellen des Schneidmeißels (12; 80) ist, angeordnet ist.
6. Werkzeugkopf nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über die Steuer- und/oder Rege­ lungseinrichtung (88, 90) zum Verstellen des Schneidmeißels (12; 80) diesem pro Drehbewegung mindestens zwei unterschiedliche Stellbewegun­ gen aufprägbar sind.
7. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnstab (36; 62) aus Seltenerdmetall-/Eisenverbindungen, insbesondere Terfenol-D, besteht.
8. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (15; 66) durch ein integrales Drehteil gebildet ist, das durch zumindest eine erste horizontal verlaufende Ausnehmung (18) in eine Basis (20; 68) und ein Abtriebsglied (22; 70) geteilt ist, die durch einen Steg (24; 72) miteinander verbunden sind.
9. Werkzeugkopf nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steg (24; 72) derart exzen­ trisch angeordnet ist, daß das Abtriebsglied (22; 70) bei positiver Magnetostriktion gegen­ über der Basis (20; 68) um eine zur Rotations­ achse außermittig liegende, durch den Steg (24; 72) verlaufende Schwenkachse verschwenkbar ist.
10. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnstab (36; 62) austauschbar angeordnet ist.
11. Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellbewegung des Schneidmeißels (12; 80) zum Brechen des vom Schneidmeißel (12; 80) am Werkstück (14) er­ zeugten Spans gesteuert ist in Abhängigkeit der Drehbewegung des Werkzeugkopfes (50) oder des Werkstückes (14).
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