DE202022105367U1 - Device for forming a workpiece - Google Patents
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- B24B49/10—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving electrical means
Abstract
Vorrichtung (10) zur Umformung eines Werkstücks, dergestalt, dass das Werkstück plastisch verformt wird, umfassend:
- ein bewegbar gelagertes Kopfteil (20) mit einem Bearbeitungskopf (30);
- eine axiale Hubeinheit (21), ausgelegt um eine axiale Hubbewegung entlang der Längsachse des Kopfteils (20) zu bewirken;
- eine radiale Hubeinheit (22), ausgelegt um die axiale Hubbewegung in eine radiale Hubbewegung des Bearbeitungskopfes (30) umzuwandeln;
- einen Antrieb (40), wobei der Antrieb (40) elektrisch angetrieben ist; und
- ein Gehäuse (50) zur Aufnahme des Kopfteils (20), der Hubeinheiten (21, 22) und des Antriebs (40), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) koaxial mit der Rotationsachse eines Abtriebs (111) einer Werkzeugmaschine (100), und longitudinal mit der Werkzeugmaschine (100) wirkvervindbar verbunden, und für eine radiale Umformung des Werkstücks ausgelegt ist.
Device (10) for forming a workpiece, such that the workpiece is plastically deformed, comprising:
- A movably mounted head part (20) with a processing head (30);
- An axial lifting unit (21) designed to bring about an axial lifting movement along the longitudinal axis of the head part (20);
- A radial lifting unit (22) designed to convert the axial lifting movement into a radial lifting movement of the machining head (30);
- A drive (40), wherein the drive (40) is electrically driven; and
- a housing (50) for accommodating the head part (20), the lifting units (21, 22) and the drive (40), characterized in that the device (10) is coaxial with the axis of rotation of an output (111) of a machine tool (100 ), and is operatively vervindbar connected longitudinally to the machine tool (100), and is designed for radial deformation of the workpiece.
Description
Gebiet der Technikfield of technology
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umformung eines Werkstücks, dergestalt, dass das Werkstück plastisch verformt wird. Sie betrifft weiter eine Werkzeugmaschine mit einem Kopplungsmechanismus für eine derartige Vorrichtung, alles gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a device for forming a workpiece in such a way that the workpiece is plastically deformed. It further relates to a machine tool with a coupling mechanism for such a device, all according to the preambles of the independent patent claims.
Technologischer HintergrundTechnological background
Umformungsmaschinen und -werkzeuge für lineare -, im Folgenden auch axiale -, und radiale Umformungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Neuerdings sind Umformungswerkzeuge zur Umformung von Werkstücken durch kombinierte axiale und radiale Bewegung eines Rollierwerkzeugs bekannt. Bestehende Lösungen beruhen jedoch meist auf rein mechanischen Lösungen, um, ausgehend von einer axialen Bewegung, Rollierwerkzeuge in radialer Richtung zu verstellen. Um die Mechanik einzustellen, sind dann unter Anderem mechanische Endanschläge anzupassen. In manchen Anwendungen wird das Werkstück selbst als Anschlag benutzt.Forming machines and tools for linear -, in the following also axial - and radial forming are known from the prior art. Forming tools for forming workpieces by combined axial and radial movement of a burnishing tool have recently become known. However, existing solutions are mostly based on purely mechanical solutions in order to adjust roller burnishing tools in the radial direction, starting from an axial movement. In order to adjust the mechanics, mechanical end stops must then be adjusted, among other things. In some applications, the workpiece itself is used as a stop.
Bekannte radiale Rollierwerkeuge bieten zudem nur sehr beschränkte Prozessdatenerfassungen. Oft ist die Rückmeldung auf die Erreichung des Endanschlages beschränkt, was jedoch nur sehr begrenzt Rückschlüsse auf eine korrekte Rollierung liefert.Known radial burnishing tools also offer only very limited process data acquisition. The feedback is often limited to reaching the end stop, which, however, only provides very limited conclusions about correct rolling.
Ein Rollierwerkzeug ist bekannt aus
Es besteht daher ein Bedürfnis nach Lösungen, welche den Nachteilen im oben erwähnten Stand der Technik entgegenwirken. Insbesondere besteht ein Bedürfnis nach Rollierwerkzeugen, welche eine komplett elektrische Regelung der Achsen und zugleich eine zuverlässige Prozessdatenerfassung ermöglichen.There is therefore a need for solutions which counteract the disadvantages of the prior art mentioned above. In particular, there is a need for roller burnishing tools that enable fully electrical control of the axes and, at the same time, reliable process data acquisition.
Es besteht ein allgemeines Bedürfnis nach Verbesserungen in diesem Gebiet.There is a general need for improvement in this area.
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Umformung eines Werkstücks eingangs erwähnter Art zur Verfügung zu stellen, die mindestens einen Nachteil des Bekannten überwindet. Insbesondere soll eine solche Vorrichtung eine Umformung eines Werkstücks in radialer Richtung ermöglichen. Eine erfindungsgemässe Werkzeugmaschine kann zum Beispiel eine Umformung eines Werkstücks in zwei Achsen gleichzeitig ermöglichen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt darin, dass sie komplett servoelektrisch geregelt werden kann und eine volle Prozessdatenerfassung durch eine Kraft-Weg-Erfassung sowie eine integrierte Auswertung der Prozessdaten bietet.The object of the invention is to provide a device for forming a workpiece of the type mentioned at the outset, which overcomes at least one known disadvantage. In particular, such a device should enable a workpiece to be deformed in the radial direction. A machine tool according to the invention can, for example, enable a workpiece to be deformed in two axes at the same time. A further advantage of the device according to the invention lies in the fact that it can be controlled completely servo-electrically and offers full process data acquisition through force-displacement acquisition and an integrated evaluation of the process data.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung bereitzustellen, welche mit einer Werkzeugmaschine, vorteilhafterweise einer Kaltumformungsmaschine gemäss
Mindestens eine dieser Aufgaben wird durch die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss kennzeichnendem Teil der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.At least one of these objects is solved by the device according to the invention according to the characterizing part of the independent claims. Further advantageous embodiments are given in the dependent claims.
Die erfindungsgemässe Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausführungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile wird im Folgenden eingegangen.The solution according to the invention can be further improved by various configurations that are advantageous in and of themselves and, unless stated otherwise, can be combined with one another as desired. These embodiments and the advantages associated with them are discussed below.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umformung eines Werkstücks, dergestalt, dass das Werkstück plastisch verformt wird.One aspect of the present invention relates to a device for forming a workpiece in such a way that the workpiece is plastically deformed.
Die Vorrichtung umfasst ein bewegbar gelagertes Kopfteil mit einem Bearbeitungskopf, eine axiale Hubeinheit, ausgelegt, um eine axiale Hubbewegung entlang der Längsachse des Kopfteils zu bewirken, und eine radiale Hubeinheit, die ausgelegt ist die axiale Hubbewegung der axialen Hubeinheit in eine radiale Hubbewegung des Bearbeitungskopfes umzuwandeln. Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst weiter einen Antrieb, wobei der Antrieb elektrisch angetrieben ist, und ein Gehäuse zur Aufnahme des Kopfteils, der Hubeinheiten und des Antriebs.The device comprises a movably mounted head part with a processing head, an axial lifting unit designed to bring about an axial lifting movement along the longitudinal axis of the head part, and a radial lifting unit which is designed to convert the axial lifting movement of the axial lifting unit into a radial lifting movement of the processing head . The device according to the invention also comprises a drive, the drive being electrically driven, and a housing for accommodating the head part, the lifting units and the drive.
Die Vorrichtung ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie koaxial mit der Rotationsachse eines Abtriebs einer Werkzeugmaschine, und longitudinal mit der Werkzeugmaschine wirkverbindbar verbunden, und für eine radiale Umformung des Werkstücks ausgelegt ist..The device is further characterized in that it is coaxially connected to the axis of rotation of an output of a machine tool and is operatively connected longitudinally to the machine tool, and is designed for radial deformation of the workpiece.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Werkzeugmaschine als eine Kaltumformungsmaschine gemäss
Der Antrieb umfasst vorteilhafterweise einen Hohlwellenmotor, sodass eine rotative Bewegung durch den Hohlwellenmotor hindurch erfolgen kann. Weiter umfasst die Vorrichtung einen Gewindetrieb, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Rollentrieb, Kugeltrieb oder Planetengewindetrieb.The drive advantageously includes a hollow shaft motor, so that a rotary movement can take place through the hollow shaft motor. The device also includes a screw drive, selected from the group consisting of: roller drive, ball drive or planetary screw drive.
Ferner ist der Antrieb der Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform servoelektrisch geregelt. Die Verstellung des Antriebes der Vorrichtung ist jedoch von den Antrieben einer erfindungsgemässen Werkzeugmaschine mechanisch entkoppelt, sodass Umformungen frei programmierbar sind, d.h. dass die Zustellachsen der Vorrichtung in Kombination mit der Werkzeugmaschine unabhängig voneinander ansteuerbar sind.Furthermore, the drive of the device is controlled servo-electrically in a preferred embodiment. However, the adjustment of the drive of the device is mechanically decoupled from the drives of a machine tool according to the invention, so that deformations are freely programmable, i.e. the infeed axes of the device can be controlled independently of one another in combination with the machine tool.
Die erfindungsgemässen radialen und axialen Hubeinheiten umfassen zusammenwirkende Druckelemente, insbesondere umfasst die axiale Hubeinheit mindestens eine Druckfläche und die radiale Hubeinheit mindestens eine Druckaufnahmefläche. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die axiale Hubeinheit eine Druckfläche und ein Druckstück, wobei die Druckfläche, welche mit dem Gewindetrieb verbunden ist, eine axiale Hubbewegung und das Druckstück eine axiale Hubbewegung sowie eine Rotation um die Längsachse der Vorrichtung erfährt. Die radiale Hubeinheit umfasst hierbei mindestens eine Druckaufnahmefläche, welche den axialen Vorschub der axialen Hubeinheit in einen radialen Vorschub umwandelt. Vorteilhafterweise weisen die Druckelemente komplementäre, sich konisch verjüngende Flächen auf, sodass die Druckfläche der axialen Hubeinheit bei einer Kontaktierung entlang der Druckaufnahmefläche der radialen Hubeinheit gleitet. Im Gegensatz zu den bestehenden Lösungen aus dem Stand der Technik benötigt die vorliegende Erfindung keine komplexen Rückstellmittel. Die Geometrie der zusammenwirkenden Druckelemente begünstigt ein einfaches Ein- und Rückstellen des Bearbeitungskopfes. In einer möglichen bevorzugten Ausführungsform bilden die zusammenwirkenden Druckelemente bzw. Hubeinheiten eine T-Nuten-Geometrie mit mehreren aneinander anliegenden Anpressflächen.The radial and axial lifting units according to the invention comprise interacting pressure elements, in particular the axial lifting unit comprises at least one pressure surface and the radial lifting unit at least one pressure-receiving surface. In a particularly preferred embodiment, the axial lifting unit comprises a pressure surface and a pressure piece, the pressure surface, which is connected to the threaded drive, undergoing an axial lifting movement and the pressure piece undergoing an axial lifting movement and rotation about the longitudinal axis of the device. In this case, the radial lifting unit comprises at least one pressure-receiving surface, which converts the axial feed of the axial lifting unit into a radial feed. The pressure elements advantageously have complementary, conically tapering surfaces, so that the pressure surface of the axial lifting unit slides along the pressure-receiving surface of the radial lifting unit when it makes contact. In contrast to the existing solutions from the prior art, the present invention does not require any complex resetting means. The geometry of the interacting pressure elements favors easy insertion and resetting of the processing head. In a possible preferred embodiment, the interacting pressure elements or lifting units form a T-groove geometry with a plurality of contact surfaces that rest against one another.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Bearbeitungskopf als Rollierwerkzeug, insbesondere als Rollierkopf mit Profilrollen ausgebildet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rollierkopf mit drei Rollen ausgestattet, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Bearbeitungskopf mit der radialen Hubeinheit einteilig ausgebildet, d.h. starr miteinander verbunden, und mit der Vorrichtung lösbar verbindbar ausgestaltet. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein einfaches Austauschen der Rollierwerkzeuge.In a special embodiment, the processing head is designed as a roller burnishing tool, in particular as a roller burnishing head with profile rollers. In a further preferred embodiment, the burnishing head is equipped with three rollers, in a particularly preferred embodiment, the processing head is designed in one piece with the radial lifting unit, i.e. rigidly connected to one another, and designed so that it can be releasably connected to the device. This design allows for easy replacement of the roller burnishing tools.
Die Vorrichtung umfasst einen Kraftsensor, welcher die Anpresskraft des Bearbeitungskopfes misst. Der Kraftsensor kann weiter derart ausgestaltet sein, eine Rückkopplung, das heisst einen Widerstand des Bearbeitungskopfes, zu detektieren. In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich beim Kraftsensor um einen Piezo-Kraftsensor. Alternativ kann auch ein Dehn- oder Torsionszylinder oder eine Feder eingesetzt werden, um die entsprechende Anpresskraft zu messen. Der Kraftsensor übermittelt Prozessdaten an die integrierte Steuerung einer erfindungsgemässen Werkzeugmaschine.The device includes a force sensor which measures the contact pressure of the processing head. The force sensor can also be designed in such a way that it detects feedback, ie a resistance of the processing head. In a special embodiment, the force sensor is a piezo force sensor. Alternatively, an expansion or torsion cylinder or a spring can also be used to measure the corresponding contact pressure. The force sensor transmits process data to the integrated controller of a machine tool according to the invention.
In einer besonderen Ausführung umfasst die Vorrichtung weiter mindestens einen Sensor zur Detektion eines Werkstückes. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemässe Vorrichtung mindestens einen Tastsensor zur Detektion eines Werkstücks. Dieser Tastsensor kann zum Beispiel wie in der
Das erfindungsgemässe Gehäuse ist in einer besonderen Ausführungsform zweiteilig ausgestaltet, wobei die Gehäuseeinheiten miteinander lösbar verbindbar ausgestaltet sind. Die erste Gehäuseeinheit beherbergt vorteilhafterweise den Antrieb und die zweite Gehäuseeinheit ein Lagersystem des Kopfteils sowie den Bearbeitungskopf. Ebenfalls ist es in einer alternativen Ausführungsform vorgesehen, dass das Gehäuse mehrteilig ausgestaltet ist und dem Fachmann eine für ihn geeignete modulare Anordnung ermöglicht. Weiter ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform das Gehäuse lateral feststehend.In a special embodiment, the housing according to the invention is designed in two parts, the housing units being designed such that they can be connected to one another in a detachable manner. The first housing unit advantageously houses the drive and the second housing unit houses a bearing system for the head part and the machining head. It is also provided in an alternative embodiment that the housing is designed in several parts and enables the person skilled in the art to have a modular arrangement that is suitable for him. Furthermore, in a particularly advantageous embodiment, the housing is laterally fixed.
Das Lagersystem ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Axial-Radiallager, welches dem Antrieb nachgeschaltet ist. In einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst das Lagersystem mindestens ein weiteres Lager, welches dem Antrieb vorgeschaltet ist, beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, ein weiteres Axial-Radial-Lager, Rotationslager, Gleitlager, Wälzlager und/oder Spurlager.In a preferred embodiment, the bearing system is an axial-radial bearing, which is connected downstream of the drive. In a further possible embodiment, the bearing system comprises at least one further bearing, which is connected upstream of the drive, for example, but not limited to, a further axial-radial bearing, rotary bearing, sliding bearing, roller bearing and/or thrust bearing.
Der Antrieb kann auch unabhängig von den Gehäuseteilen austauschbar ausgestaltet sein. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Anordnung der Vorrichtung als koaxial mit der Werkzeugmaschine definiert sein, wenn sie mindestens eine übereinstimmende Rotationsachse aufweisen. Im vorliegenden Beispiel ist die Längsachse der Vorrichtung daher auch die Rotationsachse des ersten Antriebs und des zweiten Antriebs der Werkzeugmaschine.The drive can also be designed to be exchangeable independently of the housing parts. For the purposes of the present invention, an arrangement of the device can be defined as coaxial with the machine tool if they have at least one matching axis of rotation. In the present example, the longitudinal axis of the device is therefore also the axis of rotation of the first drive and the second drive of the machine tool.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, umfassend eine erfindungsgemässe Vorrichtung und einen lösbar mit der Vorrichtung verbindbaren Kopplungsmechanismus zur Kopplung der Vorrichtung mit der Werkzeugmaschine. Wie bereits im Obigen erwähnt, ist die erfindungsgemässe Werkzeugmaschine bevorzugt als Kaltumformungsmaschine gemäss
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung.Further aspects of the present invention also result from the following description.
Figurenlistecharacter list
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnungen Bezug genommen. Diese zeigen lediglich Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands.For a better understanding of the present invention, reference is made to the drawings below. These only show exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
Die im Folgenden gegebenen Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben, sind jedoch nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken.The examples given below are given to better illustrate the present invention, but are not intended to limit the invention to the features disclosed herein.
Für gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibung gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.
-
1 zeigt schematisch einen Längsquerschnitt einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, -
2 zeigt schematisch einen Längsquerschnitt einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Werkzeugmaschine, einschliesslich einer erfindungsgemässen Vorrichtung, -
3 zeigt schematisch einen Längsquerschnitt einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einer explodierten Ansicht, -
4a zeigt schematisch einen Längsquerschnitt einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Kopfteils, -
4b zeigt schematisch einen Längsquerschnitt der4a mit ausgefahrenem axialen und radialen Hub, und -
5 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Aussenansicht.
-
1 shows schematically a longitudinal cross section of a possible embodiment of a device according to the invention, -
2 shows schematically a longitudinal cross section of a possible embodiment of a machine tool according to the invention, including a device according to the invention, -
3 shows schematically a longitudinal cross section of a possible embodiment of a device according to the invention in an exploded view, -
4a shows schematically a longitudinal cross section of a possible embodiment of a head part according to the invention, -
4b shows schematically a longitudinal cross section of4a with extended axial and radial stroke, and -
5 shows schematically a possible embodiment of a device according to the invention in an external view.
Ausführung der Erfindungimplementation of the invention
Die vorliegende Erfindung ist in ihrem Umfang nicht auf die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ergeben sich für den Fachmann aus der Beschreibung und den dazugehörigen Figuren zusätzlich zu den hier offenbarten Beispielen verschiedene weitere Modifikationen der vorliegenden Erfindung, die ebenfalls in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Zusätzlich werden in der Beschreibung verschiedene Referenzen zitiert, deren Offenbarungsgehalt hiermit in deren Gesamtheit durch Referenz in die Beschreibung mit aufgenommen wird.The present invention is not limited in scope to the specific embodiments described herein. Rather, for the person skilled in the art, from the description and the associated figures, various further modifications of the present invention, which also fall within the scope of protection of the claims, result in addition to the examples disclosed here. In addition, various references are cited in the description, the disclosure content of which is hereby incorporated in its entirety by reference into the description.
Das Funktionsprinzip der Hubeinheiten 21, 22 ist in
Die Beispiele der
Letztlich ist in
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Vorrichtung contraption
- 2020
- Kopfteilheadboard
- 2121
- axiale Hubeinheitaxial lifting unit
- 2222
- radiale Hubeinheitradial lifting unit
- 2323
- Druckflächeprinting surface
- 2424
- DruckstückPressure piece
- 2525
- Druckaufnahmefläche pressure receiving surface
- 3030
- Bearbeitungskopfprocessing head
- 3131
- Rollierkopfroller head
- 3232
- Rollen, Walzen rolls, rollers
- 4040
- Antriebdrive
- 4141
- Hohlwellenmotor, Hohlwellen-Servomotorhollow shaft motor, hollow shaft servo motor
- 4242
- Gewindetrieb screw drive
- 5050
- GehäuseHousing
- 5151
- erste Gehäuseeinheitfirst housing unit
- 5252
- zweite Gehäuseeinheit second housing unit
- 6060
- Lagersystemstorage system
- 6161
- Rotationslager rotary bearing
- 7070
- Aufnahmeabschnitt recording section
- 8080
- Sensor sensor
- 100100
- Werkzeugmaschine machine tool
- 110110
- Kopplungsmechanismuscoupling mechanism
- 111111
- Verbindungsstift, Abtrieb Connecting pin, output
- 121121
- erster Antrieb der Werkzeugmaschinefirst drive of the machine tool
- 122122
- zweiter Antrieb der Werkzeugmaschinesecond drive of the machine tool
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
- XX
- Querachsetransverse axis
- YY
- Längsachselongitudinal axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102018117739 A1 [0004]DE 102018117739 A1 [0004]
- US 2020/0262026 B1 [0005]US 2020/0262026 B1 [0005]
- WO 2015/185363 A1 [0006]WO 2015/185363 A1 [0006]
- CH 3822016 A [0010, 0016, 0026, 0032, 0035]CH 3822016 A [0010, 0016, 0026, 0032, 0035]
- WO 2005/007319 A1 [0022]WO 2005/007319 A1
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |