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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein selbstregelndes, intelligentes Honstein- und Band Superfinish System zur mechanischen Endbearbeitung von Umfangsflächen an Werkstücken, umfassend einen Werkstückantrieb für einen das Werkstück in Rotationsbewegung versetzenden Antrieb, einen Werkzeugträger, der ein Werkzeug auf die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes zur Anlage bringt, einen Servomotor, der am Werkzeugträger angeschlossen ist und das Werkzeug in eine lineare Oszillationsbewegung versetzt, wobei am Werkzeughalter ein keilförmiges Teil befestigt ist, dass in einem bestimmten Abstand zu einem Sensor angeordnet ist und eine mit dem Sensor verbundene Messeinheit, die aus dem laufend vom Sensor gelieferten absoluten analogen Spannungssignal den momentanen Honstein Verschleiß ermittelt und mit einem vorher festgelegten, optimalen Honstein Verschleiß pro Zeiteinheit vergleicht.
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Wird eine vorher definierte Toleranz beim Honstein Verschleiß pro Zeiteinheit nach oben oder nach unten unterschritten, werden von der Vorrichtung automatisch während der Bearbeitung Parameter wie Schnittgeschwindigkeit des Werkstückes, Oszillationsfrequenz, Oszillationshub und Honstein-Anpressdruck geändert.
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Weiterhin können automatisch Programmzyklen aktiviert werden, um zum Beispiel durch eine kurzzeitige Absenkung der Rotationsgeschwindigkeit des Werkstückes oder durch ein pulsendes Abheben und Aufsetzen des Honsteines stumpfes Schneidkorn und Materialeinschlüsse im Honstein zu entfernen, damit scharfes Schneidkorn in den Werkstückkontakt gebracht werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein selbstregelndes, intelligentes Band Superfinish System zur mechanischen Endbearbeitung von Umfangsflächen an Werkstücken, umfassend einen Werkstückantrieb für einen das Werkstück in Rotationsbewegung versetzenden Antrieb, eine Andrückrolle, eine Andrückeinrichtung, die ein Band auf die zu bearbeitende Umfangsfläche des Werkstückes zur Anlage bringt, einen Servomotor, der das Band in eine lineare Oszillationsbewegung versetzt, eine Band-Rissüberwachung, eine Band-Vorschubmessung und eine Band-Bremse.
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Eine Messeinheit, die mit einem Messtaster verbunden ist, vergleicht bei der Honstein- und Band Superfinish Bearbeitung laufend den erreichten Materialabtrag pro Zeiteinheit an der Umfangsfläche mit dem geplanten Materialabtrag pro Zeiteinheit. Bei Abweichungen des momentanen Materialabtrages zu dem geplanten Materialabtrag werden automatisch während der Bearbeitung Prozess-Parameter wie Schnittgeschwindigkeit des Werkstückes, Oszillationsfrequenz, Oszillationshub und Werkzeug-Anpressdruck geändert.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass beim Honstein Superfinish das im Honstein gebundene Schneidkorn zyklisch während der Bearbeitung abflacht und entfernt wird, damit neues scharfes Schneidkorn in den Kontakt zwischen dem oszillierenden Honstein und dem rotierenden Werkstück gebracht wird. Es stellt sich so ein permanenter und möglichst gleichmäßiger Honstein Verschleiß ein, der einen optimal laufenden Superfinish Bearbeitungsprozess kennzeichnet. Es kann aber auch zu Störungen des Superfinish Bearbeitungsprozesses kommen, wenn das abgestumpfte Schneidkorn nicht entfernt wird. In diesem Fall erfolgt kein Materialabtrag, keine Verbesserung der Oberflächen Rauheit und Form der Werkstücke.
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Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass man diese Ergebnisse erst nach der Superfinish Bearbeitung am Werkstück messen kann. Besonders nachteilig bei dieser Anwendung ist bei Werkstücken wie zum Beispiel Großlagern für Windkraftturbinen erst nach einer langen Superfinish Bearbeitungszeit der Laufbahn von bis zu einer Stunde festzustellen, dass das Werkstück Ausschuss ist.
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Nachteilig ist weiterhin, dass eine Optimierung der Superfinish Bearbeitungsparameter wie die Schnittgeschwindigkeit des Werkstückes, Oszillationsfrequenz, Oszillationshub und spezifischer Werkzeug-Anpressdruck sowie die Werkzeug-Spezifikation während der Honstein- und Band Superfinish Bearbeitung nicht möglich ist.
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Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, dass nach der Superfinish Bearbeitung fehlerhafter Werkstücke bestimmte Maßnahmen bei den Maschinen Parametern wie zum Beispiel Änderung der Parameter Schnittgeschwindigkeit, Oszillationsfrequenz, Oszillationshub und spezifischer Werkzeug-Anpressdruck durchgeführt werden und bei der Werkzeug-Spezifikation der Schneidkorntyp, die Korngröße, Härte, Bindung, Tränkung und Werkzeug-Abmessungen verändert werden.
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Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass der Honstein-Verschleiß auch laufend gemessen und angezeigt wird. Bei zu hohem oder zu geringem Honstein Verschleiß erfolgt eine Meldung der Maschine. Nachteilig bei dieser Anwendung ist, dass nach dieser Meldung des zu hohen oder zu geringen Honstein Verschleißes der Superfinish Bearbeitungsprozess unterbrochen oder fortgeführt werden muss. In jedem Fall besteht das hohe Risiko Ausschuss zu produzieren.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch eine Vorrichtung für ein selbstregelndes, intelligentes Honstein- und Band Superfinish System die genannten Probleme zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während der Superfinish Bearbeitung der Honstein Verschleiß von einem Sensor ständig gemessen wird und mit einem optimalen Honstein Verschleiß verglichen wird. Wird eine vorher definierte Toleranz beim Honstein Verschleiß nach oben oder nach unten unterschritten, werden von der Vorrichtung automatisch Parameter wie Schnittgeschwindigkeit des Werkstückes, Oszillationsfrequenz, Oszillationshub und spezifischer Honstein-Anpressdruck geändert.
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Weiterhin können über die Steuereinheiten automatisch Programmzyklen aktiviert werden, um zum Beispiel mit einem pulsenden Abheben und Aufsetzen des Honsteines stumpfes Schneidkorn und Materialeinschlüsse im Honstein zu entfernen, damit scharfes Schneidkorn in den Werkstück Kontakt gebracht werden kann.
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Die Vorgehensweise bei der automatischen Optimierung des Superfinish während der Bearbeitung ist, nacheinander immer nur eine einzelne Maßnahme zur Anwendung zu bringen, und dann die Wirkung auf den Honstein Verschleiß zu messen. Bei Misserfolg werden andere Maßnahmen nach einer vorher festgelegten Prioritätsliste eingeleitet.
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Als weiterer Vorteil der automatischen Optimierung des Superfinish während der Bearbeitung ergibt sich, den Honstein Verschleiß zu minimieren und damit die Werkzeugkosten zu reduzieren.
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Zusätzlich zur Honstein Verschleißmessung kann beim Honstein Superfinish der Materialabtrag mit einem Messtaster und einer entsprechenden Messeinheit laufend während der Bearbeitung gemessen werden. Bei Abweichungen des momentanen Materialabtrages zu dem geplanten Materialabtrag werden automatisch während der Bearbeitung Prozess-Parameter wie die Schnittgeschwindigkeit des Werkstückes, Oszillationsfrequenz, Oszillationshub und der Werkzeug-Anpressdruck geändert, bis sich wieder der geplante Materialabtrag pro Zeiteinheit einstellt.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei darauf hinzuweisen ist, dass in den Figuren besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, die jedoch darauf nicht beschränkt ist.
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Die Figuren zeigen schematisch:
- 1 eine 3D-Zeichnung einer Vorrichtung mit Honstein
- 2 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit Honstein
- 3 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit Honstein
- 4 eine 3D-Zeichnung einer Vorrichtung mit Band
- 5 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit Band
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1 zeigt in einer 3D- Darstellung eine Vorrichtung 1 mit Honstein 7 zur mechanischen Endbearbeitung von Umfangsflächen 2 an einem Werkstück 3.
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2 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung 1 mit Honstein zur mechanischen Endbearbeitung von Umfangsflächen 2 an einem Werkstück 3. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Werkstückantrieb 4 mit Steuereinheit 20, der das Werkstück 3 in Rotation versetzen kann. Zwei Honsteine 7 sind in einem Werkzeughalter 6 befestigt und über einen Werkzeugträger 5 mit der Abtriebswelle 23 des Servomotors 8 verbunden. Der Servomotor 8 ist mit einer Steuereinheit 12 verbunden. Die Steuereinheit 12 ist so ausgestattet, dass die Oszillationsfrequenz und der Oszillationshub automatisch während der Bearbeitung verändert werden können, womit gemeint ist, dass der Servomotor 8 nicht vollständige Drehungen ausführt, sondern reversierende Teildrehungen.
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An der Abtriebswelle 23 des Servomotors 8 ist ein Oszillationswandler angebracht, der einen Exzenter 24 und einen Schlitten 25 umfasst. Der Servomotor 8 ist in einer schwenkbaren, spielfrei gelagerten Hohlwelle 11 angeordnet. Die Druckluftversorgung des Werkzeugträgers 5 erfolgt über ein abgedichtetes Ringspaltsystem 21. Der Werkzeugträger 5 und der Servomotor 8 sind mit einem Harmonic Drive Getriebemotor 9 über einen Zahnriemen 10 verbunden. Der Harmonic Drive Getriebemotor 9 ist mit einer Steuereinheit 14 verbunden, die eine automatische Einstellung des Kegelwinkels der Umfangsfläche 2, die Einwechselung eines Schwester-Werkzeuges 15 oder eines Honsteins mit anderer Spezifikation 16 ermöglicht. Der Harmonic Drive Getriebemotor 9 ist mit einer Haltebremse 22 ausgestattet, um ein Schwenken des Werkzeugträgers 5 und der Werkzeughalter 6 mit den Honsteinen 7 im stromlosen Zustand zu verhindern. Auf der linken Seite des Querschnittes der Vorrichtung 1 ist ein Messtaster 19 zur mit Messeinheit 37 als In-Prozess Messung des Materialabtrages dargestellt.
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3 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung 1 mit Honstein in einer anderen Schnittebene gemäß 1, so dass gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen. In der dargestellten Position wird ein Außenumfang 2 eines Werkstückes 3 durch zwei Honsteine 7 bearbeitet, wobei das Werkstück 3 in der Zeichnungsebene rotiert. Auf dem Werkzeughalter 6 ist ein keilförmiges Teil 18 angebracht, dass mit einem Abstand zum analogen Sensor 17 angeordnet ist. Bei Verschleiß des Honsteines 7 verändert sich der Abstand zwischen dem keilförmigen Teil 18 und dem analogen Sensor 17 durch das Verschieben des keilförmigen Teiles 18 in Richtung der Umfangsfläche 2. Damit verändert sich auch das Sensorsignal, dass zur Bestimmung des Honstein Verschleißes an die Messeinheit 36 weitergeleitet wird.
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4 zeigt in einer 3D- Darstellung eine Vorrichtung 1 mit Band zur mechanischen Endbearbeitung von Umfangsflächen 2 an einem Werkstück 3. Die Vorrichtung 1 gemäß 4 umfasst ein Band 26, eine Andrückeinrichtung 27, einen Band-Antrieb 28, eine Andrückrolle 29, einen Harmonic Drive Getriebemotor (9) und einen Zahnriemen (10).
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5 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung 1 gemäß 4. Die Vorrichtung 1 gemäß 5 umfasst einen Werkstückantrieb (4) mit Steuereinheit (20), einen Servomotor (8) mit Steuereinheit (12), einen Messtaster (19), einen Exzenter (24), einen Schlitten (25), eine Band-Bremse (32), ein Stützlager (33) und einen Klemmmodul (35) mit Steuereinheit (34)
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Mit der vorliegenden Erfindung kann ein selbstregelndes, intelligentes Honstein- und Band Superfinish System zur automatischen Beseitigung von Störungen während der Bearbeitung und automatischen Optimierung des Superfinish Bearbeitungsprozesses mit minimiertem Honstein-Verschleiß und Band Verbrauch durchgeführt werden.
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Die Messung des Honstein Verschleißes wird ständig an die Steuerung der Werkzeugmaschine weitergeleitet. in einem Programmspeicher der Steuerung der Werkzeugmaschine sind die einzelnen Programme zur Erhöhung oder Reduzierung des Honstein Verschleißes abgelegt, die nach einer bestimmten Prioritätsliste nacheinander automatisch aktiviert werden können, bis sich wieder ein optimaler Honstein Verschleiß einstellt.
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Ein bevorzugtes Programm zur automatischen Erhöhung des Honstein Verschleißes und zur Entfernung von Materialeinschlüssen ist das pulsende Abheben und Aufsetzen des Honsteines. Dabei wird der Honstein nacheinander mindestens 4-mal und maximal 10-mal mit je 1 s abgehoben und aufgesetzt. Beim wiederholten Aufsetzen des Honsteines werden abgestumpftes Schneidkorn und ggf. Materialeinschlüsse im Honstein entfernt.
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Weitere Programme und Maßnahmen zur automatischen Erhöhung des Honstein Verschleißes sind eine kurzzeitige Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit des Werkstückes, eine Erhöhung der Oszillationsfrequenz und eine Erhöhung des spezifischen Honstein Anpressdruckes.
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Programme und Maßnahmen zur automatischen Reduzierung des Honstein Verschleißes sind eine Reduzierung des spezifischen Honstein-Anpressdruckes, eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und eine Reduzierung der Oszillationsfrequenz.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann zusätzlich zur Honstein Verschleißmessung und Auswertung ein Messtaster zur Messung und Auswertung des tatsächlichen Materialabtrages zum Einsatz kommen. In diesem Fall ist es sehr von Vorteil, die Kontaktzeit des Honsteines oder des Bandes abzubrechen, wenn der gewünschte Materialabtrag erreicht wurde.
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Die Vorrichtung für ein selbstregelndes, intelligentes Honstein- und Band Superfinish System ermöglicht eine Steigerung der Bearbeitungs-Qualität und Produktivität von Umfangsflächen, eine automatische Beseitigung von Prozess-Störungen, eine Minimierung der Ausschussquote bei Werkstücken sowie eine Reduzierung der Werkzeugkosten durch optimierten Honstein Verschleiß und minimierten Band Verbrauch. Außerdem ist von Vorteil, dass die Dauer der Prozess-Optimierung neuer Werkstück-Typen reduziert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Umfangsfläche
- 3
- Werkstück
- 4
- Werkstückantrieb
- 5
- Werkzeugträger mit pneumatischem Tandem-Zylinder
- 6
- Werkzeughalter
- 7
- Honstein
- 8
- Servomotor
- 9
- Harmonic Drive Getriebemotor
- 10
- Zahnriemen
- 11
- Hohlwelle
- 12
- Steuereinheit
- 13
- Werkzeugträger-Steuereinheit
- 14
- Messeinheit
- 15
- Schwester-Werkzeug
- 16
- Werkzeug mit anderer Spezifikation
- 17
- Sensor
- 18
- Keilförmiges Teil
- 19
- Messtaster
- 20
- Steuereinheit
- 21
- Ringspaltsystem
- 22
- Haltebremse
- 23
- Abtriebswelle
- 24
- Exzenter
- 25
- Schlitten
- 26
- Band
- 27
- Andrückeinrichtung
- 28
- Antrieb
- 29
- Andrückrolle
- 30
- Band-Rissüberwachung
- 31
- Band-Vorschubmessung
- 32
- Band-Bremse
- 33
- Stützlager
- 34
- Steuereinheit
- 35
- Klemmmodul
- 36
- Messeinheit
- 37
- Messeinheit
