DE19849872A1

DE19849872A1 - Method for machining workpieces; involves using water jet, laser beam or plasma beam on rotatably placed workpiece in lathe

Info

Publication number: DE19849872A1
Application number: DE19849872A
Authority: DE
Inventors: Joachim Buschulte
Original assignee: TECHNO TEAM GmbH
Current assignee: TECHNO TEAM GmbH
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-11

Abstract

The method involves using a water jet, a laser or a plasma beam to cut or remove the material. The workpiece is arranged in the usual way so that it can be rotated in a lathe or similar machine tool. The workpiece is stationary or rotated and is machined using the water jet, laser beam or plasma beam until the desired geometric shape is formed and additionally is machined into a final shape. An Independent claim is included for a device for implementing the method.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vor richtung zur span- bzw. materialabhebenden Bearbeitung von Werkstücken.The invention is directed to a method and a direction for the machining of material Workpieces.

Span- bzw. materialabhebende Bearbeitung ist in unter schiedlicher Art und Weise bekannt, insbesondere in einer Art von Drehbänken, Fräs- und Hobelmaschinen, um nur einige Möglichkeiten zu nennen. Dabei wird in der Regel das Werk zeug von einem Dreh- oder Schneidstahl gebildet, von einem Fräskopf, einem Sägeblatt od. dgl. Den herkömmlichen Werk zeug- bzw. Werkzeugmaschinen ist es gemeinsam, daß in der Regel das Werkzeug sich nur in zwei oder drei Richtungen bewegen kann, bei einer Drehbank der Drehmeißel beispiels weise parallel zur Rotationsachse des Werkstückes und auf diese Achse zu bzw. von dieser Achse weg als zweite Bewe gungsebene. Müssen unterschiedliche Bearbeitungen an einem Werkstück vorgenommen werden, ist es notwendig, das Werk stück von einer Bearbeitungsmaschine in eine andere umzu setzen mit den sich daraus ergebenden Fehlerquellen und zusätzlichen Aufwendungen, wobei es allerdings bekannt ist, die Werkstücke vollautomatisch einzusetzen und in allen Arbeitsbereichen zu positionieren. Machining or machining is in under known in various ways, especially in one Kind of lathes, milling and planing machines, just a few Opportunities to name. As a rule, the plant formed by a turning or cutting steel, by one Milling head, a saw blade or the like. The conventional work It is common tool or machine tools that in the Rule the tool only in two or three directions can move, for example in a lathe of the lathe and parallel to the axis of rotation of the workpiece this axis to and from this axis as a second move level. Have different edits on one Workpiece to be made, it is necessary to the factory piece from one processing machine to another with the resulting sources of error and additional expenses, although it is known use the workpieces fully automatically and in all Position work areas.

Es sind auch sogenannte Bearbeitungszentren bekannt, die eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungen bei einem einmal eingespannten Werkstück durchführen können, dabei ist in der Regel bei jedem unterschiedlichen Arbeitsgang ein Wechsel des Werkzeuges notwendig, etwa von einem Dreh meißel in einen Bohrer, in einen Fräser etc. Diese Maschi nen sind sehr aufwendig, da sie auch zwangsläufig eine Vielzahl von Werkzeugen bereithalten müssen, auf die sie während des Bearbeitungsvorganges zugreifen können.So-called machining centers are also known a multitude of different processing in one once clamped workpiece can perform is usually in every different operation a change of the tool is necessary, for example by turning chisel into a drill, into a milling cutter etc. This machine NEN are very complex, because they are necessarily one Have a variety of tools on hand that they can can access during the editing process.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der eine vielfältige spanabhebende Bearbeitung eines Werk stückes möglich ist, ohne die Notwendigkeit eines Umsetzens von einer Bearbeitungsstation in eine andere Bearbeitungs station und/oder ohne die Notwendigkeit eines Werkzeugwech sels.The object of the invention is to provide a solution with which is a multifaceted machining of a work piece is possible without the need for implementation from one machining station to another machining station station and / or without the need to change tools sels.

Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird die se Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als span- bzw. materialabhebendes Werkzeug ein Wasser-, Laser- und/oder Plasmastrahl eingesetzt und das Werkstück, wie bei Drehbänken an sich bekannt, rotierbar angeordnet wird.With a method of the type described in the introduction se object according to the invention in that as cutting or material-removing tool a water, laser and / or plasma jet used and the workpiece, as in Lathes known per se, is arranged rotatably.

Durch den Einsatz beispielsweise eines Wasserstrahles als materialabhebendes Bearbeitungswerkzeug ist es möglich, das Werkstück wie auf einer Drehbank zu bearbeiten. Durch einen Wasserstrahl ist es aber auch möglich, beispielsweise in das eingespannte Werkzeug Nuten einzufräsen, beim stehenden Werkstück geradflächige Bearbeitungsebenen zu erzeugen, Teilschnitte in das Werkstück auszuführen, Bohrungen einzu bringen u. dgl. mehr.By using, for example, a water jet as material-lifting processing tool, it is possible that Machining the workpiece like on a lathe. Through a Water jet is also possible, for example in to mill the clamped tool grooves while standing To create a workpiece with straight working planes, Make partial cuts in the workpiece, drill holes bring u. Like. more.

Die Erfindung hat eine Reihe von zusätzlichen Vorteilen. So besteht ein umweltpositiver Vorteil der Erfindung bei Ein satz eines reinen Wasserstrahles darin, daß, anders als bei beispielsweise zerspanenden Bearbeitungsschritten, keine Öl-/Wasseremulsionen eingesetzt werden, die später einmal aufbereitet bzw. entsorgt werden müssen. Hier ist der Ein satz reinen Wassers als Schneidmittel möglich.The invention has a number of additional advantages. So there is an environmental positive advantage of the invention at one proposition of a pure water jet in that, unlike in for example machining machining steps, none Oil / water emulsions are used later must be processed or disposed of. Here is the one Pure water can be used as a cutting agent.

Unter energetischen Gesichtspunkten hat die Erfindung u. a. den besonderen Vorteil, daß vergleichsweise große Stücke von einem Werkstück abgetrennt werden können, d. h. wo spa nende Bearbeitung eine Vielzahl von Schichten abzutragen hat, ist hier durch einen einzigen Schnitt das Abtragen ei nes großen Stückes des Rohlinges möglich. Wird damit schon eine große Menge an Energie gespart, so kann darüber hinaus der abgeschnittene Teil ggf. wiederum als Rohling für ein weiteres Werkstück dienen, d. h. es kann ggf. unmittelbar einer weiteren zusätzlichen Bearbeitung zugeführt werden. From an energetic point of view, the invention has u. a. the particular advantage that comparatively large pieces can be separated from a workpiece, d. H. where spa machining a large number of layers has, here is the removal by a single cut possible a large piece of the blank. It will saved a large amount of energy, so can beyond that the cut part, if necessary, again as a blank for a serve another workpiece, d. H. it may be immediate a further additional processing.

Mit der Erfindung ist es auch möglich, Vorbearbeitungs- und Endbearbeitungsschritte mit der gleichen Vorrichtung durch zuführen. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß das Werkstück mittels des Wasser-, Laser- und/oder Plasmastrahles stehend oder rotierend in eine endabmessungsnahe geometrische Form und anschließend in die Endform gebracht wird.With the invention it is also possible to pre-processing and Finishing steps with the same device respectively. For this purpose, the invention provides that the workpiece standing by means of the water, laser and / or plasma jet or rotating in a geometrical shape close to the final dimension and then brought into the final shape.

Der Einsatz der hier angegebenen Strahlen, beispielsweise eines Wasserstrahles als Werkzeug, hat den Vorteil, daß praktisch das Werkzeug nie verschleißt. Darüber hinaus wer den durch die Art der Bearbeitung in der Regel sehr viel kleinere Kräfte in das Werkzeug eingeleitet, so daß ins gesamt die Maschinensteifigkeit bei leichterer Bauweise der Maschinen aufrechterhalten bleibt, was in der Regel zu er heblichen Materialeinsparungen bei der Maschinenkonstruk tion führt.The use of the rays specified here, for example of a water jet as a tool has the advantage that practically the tool never wears out. In addition, who due to the type of processing, usually a lot smaller forces are introduced into the tool, so that the overall the machine stiffness with a lighter design What is usually maintained to machines is maintained considerable material savings in the machine construction tion leads.

Die Einrichtung kann dabei so getroffen sein, daß sowohl beispielsweise ein Wasserstrahl als auch ein Laser- oder Plasmastrahl gleichzeitig oder nacheinander in der gleichen Vorrichtung eingesetzt werden können, um unterschiedliche Bearbeitungen vorzunehmen.The device can be made so that both for example a water jet as well as a laser or Plasma jet at the same time or in succession in the same Device can be used to make different To make edits.

Dabei kann es nach der Erfindung möglich sein, daß der Was ser-, Laser- oder Plasmastrahl spanbildend oder abrasiv zum Abtragen dünner Werkstückschichten, insbesondere zum Errei chen der Endform, eingesetzt wird, wobei es einerseits auch möglich ist, daß der Strahl oszillierend zur Bildung eines Spanes eingesetzt und andererseits der Span mechanisch vom Werkstück abgehoben wird.It may be possible according to the invention that the What ser, laser or plasma beam to form chips or abrasive Removal of thin layers of workpieces, especially for rubbing Chen the final form, is used, on the one hand, too it is possible that the beam oscillates to form a Spanes used and on the other hand the chip mechanically from Workpiece is lifted.

Weiter oben wurde schon die Besonderheit der vorliegenden Erfindung angegeben, die darin besteht, auch für beispiels weise Drehbänke nicht mögliche Arbeiten durchzuführen. So sieht die Erfindung vor, daß in weiterer Ausgestaltung vor kommt, daß der Strahl beim stehenden oder rotierenden Werk stück pulsierend zur Bildung von Nutensackbohrungen, Ta schen u. dgl. eingesetzt wird.The peculiarity of the present was already mentioned above Invention specified, which consists in, for example wise lathes not to perform possible work. So The invention provides that in a further embodiment comes that the beam at the standing or rotating work pulsating to form flute bores, Ta and others Like. Is used.

Die Erfindung sieht auch zur Lösung der eingangs oben for mulierten Aufgabe eine Vorrichtung vor, die gekennzeichnet ist durch wenigstens eine Wasser-, Laser- oder Plasma strahlquelle zur Bearbeitung eines Werkstückes und wenig stens eine Aufnahme für das Werkstück mit einem Antrieb zur Rotation des Werkstückes.The invention also provides for solving the above for mulated task a device that featured is by at least one water, laser or plasma beam source for machining a workpiece and little at least a holder for the workpiece with a drive for Rotation of the workpiece.

In Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Strahlquelle an der Vorrichtung um wenigstens 5 Freiheitsgrade bewegbar ist, und zwar linear in einer XY-Ebene und rotierbar um die XYZ-Achse.In an embodiment it is provided that the beam source is on the device can be moved by at least 5 degrees of freedom is linear in an XY plane and rotatable around the XYZ axis.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt inFurther features, details and advantages of the invention result from the following description as well based on the drawing. This shows in

Fig. 1 eine vereinfachte prinzipielle Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 1 is a simplified basic representation of a device according to the invention,

Fig. 2 Bearbeitungsbeispiele nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig. 2 Processing examples according to the inventive method,

Fig. 3 ein Phantasiewerkstück, bearbeitet nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Umspannung und Werkzeugwechsel. Fig. 3 is a fantasy workpiece, processed according to the inventive method in a device according to the invention without reclamping and tool change.

In Fig. 1 ist in vereinfachter Darstellung eine allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben, wobei in üblicher Weise ein Dreh-/Spannfutter 2, ein Gegendorn 3 und ein auf einem Schlitten linear parallel zur mit 5 bezeichneten Drehachse bewegbarer Wasserstrahlschneidkopf 6 vorgesehen ist. Neben der linearen Bewegung parallel zur Drehachse 5 (mit einem Doppelpfeil 7 angedeutet) läßt sich der Drehkopf noch um mehrere weitere Freiheitsgrade bewegen, die durch weitere Doppelpfeile angedeutet sind, und zwar durch die Doppelpfeile 8, 9, 10 und 11. In Fig. 1, a generally designated 1 device for performing the inventive method is shown in a simplified representation, with a lathe / chuck 2 , a counter mandrel 3 and a linearly movable on a carriage parallel to the axis of rotation 5 designated water jet cutting head 6 is provided. In addition to the linear movement parallel to the axis of rotation 5 (indicated by a double arrow 7 ), the rotary head can also be moved by several further degrees of freedom, which are indicated by further double arrows, namely by the double arrows 8 , 9 , 10 and 11 .

Gilt es, ein Werkstück zu bearbeiten, so wird beispiels weise ein Rohling, wie er in Fig. 2 oben angegeben ist, in bereits runder oder eckiger Form oder in anderen Formen im Futter und mittels des Spanndornes 3 eingespannt. Mit dem linear verfahrbaren Wasserstrahlkopf können dann beispiels weise einzelne Scheiben durch lineares Verfahren abgetrennt werden, wie dies in der zweiten Reihe der Abbildungsbei spiele nach Fig. 2 angedeutet ist, die Ecken können dann wiederum abgeschnitten werden, so daß sich nach und nach ein Polygonenzug ergibt, der einem evtl. gewünschten Kreis durchmesser immer näher kommt. Dabei wird lediglich takt weise das Werkstück gedreht. Eine Endbearbeitung kann dann bei rotierendem Werkstück erfolgen.If it is necessary to machine a workpiece, a blank, for example, as indicated in FIG. 2 above, is already clamped in a round or square shape or in other shapes in the chuck and by means of the mandrel 3 . With the linearly movable water jet head, for example, individual slices can then be separated by a linear method, as is indicated in the second row of the illustrative games according to FIG. 2, the corners can then be cut off again, so that a polygon is gradually obtained that comes closer and closer to a possibly desired circle diameter. The workpiece is only rotated in cycles. Finishing can then take place with the workpiece rotating.

Neben dieser Art der Abtrennung kann auch nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren die Vorrichtung ein spiraliges Schä len des Werkstücken vornehmen, wie dies in der dritten Ab bildungszeile der Fig. 2 angedeutet ist. Bei stehendem Werkstück kann dann aufgrund der vielfachen Freiheitsgrade des Wasserstrahlschneidkopfes 6 ein Werkstück mit unter schiedlichen Bohrungen, Sacklöchern, Taschen, Verzahnungen u. dgl. versehen werden, was in Fig. 2 in den unteren Ab bildungen angedeutet ist.In addition to this type of separation, the device can also perform a spiral peeling of the workpieces according to the method according to the invention, as is indicated in the third line from FIG. 2. When the workpiece is stationary, a workpiece with different bores, blind holes, pockets, gears and the like can then be produced due to the multiple degrees of freedom of the water jet cutting head 6 . Like. Provided what is indicated in Fig. 2 in the lower formations.

In Fig. 3 ist ein Phantasiewerkstück dargestellt, das sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Umspannen und ohne Werkzeugwechsel herstellen läßt. So ist das allgemein mit 12 bezeichnete Werkstück mit einer geraden, abgeschnit tenen Ecke 13 ausgestattet, einer Durchgangsnut 14, deren Grundfläche im rechten Winkel zur zentrischen Drehachse 5a des Werkstückes verläuft und einer Nut 15, deren Ausrich tung im Winkel zu dieser Drehachse verläuft. Zusätzlich ist im Nutengrund der Nut 15 noch eine weitere Nut 16 einge bracht. Mit 17 ist eine Tangentialbohrung durch das Werk stück 12 angedeutet. Alle diese Bearbeitungen können mit dem Wasserstrahlschneidkopf am Werkstück vorgenommen wer den, ohne daß dieses umgespannt werden muß oder ohne daß ein anderes Werkzeug eingesetzt werden müßte.In Fig. 3 a fantasy workpiece is shown, which can be produced according to the inventive method without reclamping and without changing tools. The workpiece, generally designated 12, is equipped with a straight, cut corner 13 , a through groove 14 , the base of which extends at right angles to the central axis of rotation 5 a of the workpiece and a groove 15 , the alignment of which extends at an angle to this axis of rotation. In addition, another groove 16 is introduced into the groove bottom of the groove 15 . With 17 a tangential bore through the workpiece 12 is indicated. All of these operations can be carried out with the water jet cutting head on the workpiece without having to be reclamped or without having to use another tool.

Wird Wasser zur Bearbeitung eingesetzt, so erfolgt die Auf bereitung in bekannter Weise mittels Hochdruckpumpe, Was serzulauf, das Führen des Wassers über eine Wasseraufberei tung und die Steuerung des Schneidkopfes über eine Cad- Steuerung bzw. ein Cam-System. Wie weiter oben schon er wähnt, kann statt des Wasserstrahlschneidkopfes auch eine Laserstrahlquelle oder eine Plasmastrahlquelle zur Bearbei tung herangezogen werden.If water is used for processing, the opening takes place preparation in a known manner using a high pressure pump, what water inlet, guiding the water through a water treatment plant device and the control of the cutting head via a Cad Control system or a cam system. Like him above thinks, instead of the water jet cutting head one can Laser beam source or a plasma beam source for processing tion can be used.

Claims

1. A method for machining or material-removing machining of workpieces, characterized in that a water, laser and / or plasma jet is used as the chip-removing or material-removing tool and the workpiece, as is known per se in lathes, is arranged to be rotatable.

2. The method according to claim 1, characterized, that the workpiece by means of water, laser and / or Plasma beam standing or rotating in an end dimension close to the geometric shape and then into the final shape brought.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the water, laser or plasma jet or abrasive for removing thin workpiece layers in particular is used to achieve the final shape.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the beam is oscillating to form a chip sets and the chip is lifted mechanically from the workpiece.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the beam with the stationary or rotating workpiece pulsating to form grooves, blind holes, pockets or the like. Is used.

6. Device for machining or material-removing machining of workpieces, characterized by at least one water, laser or plasma beam source ( 6 ) for machining a workpiece ( 12 ) and at least one receptacle for the workpiece with a drive ( 2 ) for rotation the workpiece ( 12 ).