DE3810641A1 - Verfahren und vorrichtung zur spangebenden bearbeitung eines werkstueckes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur spangebenden Be­ arbeitung eines Werkstückes, insbesondere eines metallischen Werk­ stückes mit einer von der Kreisform abweichenden Außenkontur, welches auf einem Werkzeugträger festgelegt ist und mittels eines in einem Werkzeughalter angeordneten Werkzeuges bearbeitbar ist. Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung des zu­ vor angegebenen Verfahrens.

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von metalli­ schen Werkstücken sind in vielen Ausführungen in der Branche allge­ mein bekannt. Die Steuerung wird üblicherweise als CNC-Steuerung be­ zeichnet. Die Abmessungen eines zu bearbeitenden Werkstückes werden durch Koordinaten eines Koordinatenkreuzes bestimmt, welches zumin­ dest aus einer X- und einer Y-Achse gebildet ist. Je nach Art des Werkstückes können die bestimmenden Koordinaten auch auf ein räumli­ ches Koordinatenkreuz mit einer zusätzlichen Z-Achse bezogen sein. Die mit der Steuerung erzielte Genauigkeit, die auch als mathemati­ sche Genauigkeit bezeichnet werden könnte, ist äußert hoch. Diese Ge­ nauigkeit kann jedoch nicht ausgenutzt werden, da das Werkzeug in Schlittenführungen verfahren wird. Die Genauigkeit bzw. die Qualität der zu bearbeitenden Werkstücke hängt also besonders von der Genauig­ keit und der Qualität der mechanischen Bauteile ab. Es ist nun auch allgemein bekannt, daß eine absolut geradlinige Führung nicht herzu­ stellen ist. Außerdem ist auch ein vorgegebener Winkel von beispiels­ weise 90° nur innerhalb eines gewissen Toleranzbereiches einzuhalten. Darüber hinaus ist es auch bekannt, daß rotationssymmetrische Teile we­ sentlich genauer herzustellen sind, als von der Kreisform abweichende Werkstücke.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem die Genauigkeit und die Qualität von zu bearbeitenden Werkstücken wesentlich gesteigert werden kann, selbst dann, wenn es sich um von der Kreisform abweichende Werkstücke handelt, deren Bearbeitung mit den bisher bekannten Mög­ lichkeiten zu Schwierigkeiten führt. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung mit konstruktiv einfachem Aufbau zu schaffen, die beson­ ders leistungsfähig ist und störungsfrei arbeitet.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird erfin­ dungsgemäß vorgeschlagen, daß das Werkstück im Sinne einer Vorschubbe­ wegung in einer Ebene um wenigstens zwei parallel und versetzt zuein­ ander stehende Achsen bewegt wird, und daß das Werkzeug zumindest in der Bewegungsebene des Werkstückes derart translatorisch verfahren wird, daß der vom Werkzeug und Werkstück eingeschlossene Schnittwin­ kel gleich oder annähernd gleich bleibt.

Die Relativbewegung des Werkstückes zum Werkzeug ist weder eine Dreh­ bewegung oder eine translatorische Bewegung. Durch die Drehung um zwei Achsen ergibt sich eine überlagerte Bewegung, so daß im Zusam­ menwirken mit dem translatorisch verfahrbaren Werkzeug das zu bearbei­ tende Werkstück in eine solche Stellung gebracht werden kann, daß bei­ spielsweise der eingeschlossene Schnittwinkel 90° beträgt, d.h. beim Bearbeiten von kurvenförmig oder kreisförmig ausgebildeten Werkstüc­ ken steht die jeweils zu bearbeitende Stelle tangential zum Werkzeug. Obwohl das Werkzeug translatorisch bewegt wird, wird eine sehr hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte erreicht, da eine Winkeltoleranz von sich kreuzenden Schlittenführungen entfällt. Diese Maßgenauigkeit bzw. Oberflächengüte wird auch dann noch nicht beeinträchtigt, wenn es aufgrund der Form des zu bearbeitenden Werkstückes notwendig ist, das Werkzeug in der Bewegungsebene des Werkstückes und in einer quer dazu stehenden Ebene zu bewegen. Man kann davon ausgehen, daß Anwen­ dung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei unregelmäßig gestalteten Werkstücken eine Maßgenauigkeit und Oberflächengüte erreicht wird, die mit den bisher bekannten Verfahren nur bei rotationssymmetrischen Tei­ len zu erzielen ist.

Zweckmäßigerweise wird das Werkstück und das Werkzeug in einer Hori­ zontalebene bewegt, da eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung übersichtlicher ist. In besonders vorteilhafter Weise werden die Bewe­ gungen des Werkstückes und des Werkzeuges durch einen Rechner gesteuert. Dadurch ergibt sich u.a. die Möglichkeit, einen Kreis in eine im tech­ nischen Sinne zu sehende unendliche Anzahl von Segmenten einzuteilen. Gedacht ist beispielsweise an eine Einteilung in Winkelschritten von 1/1000 Grad. Dadurch wird die Oberflächengüte einer zu bearbeitenden geradlinigen Fläche extrem hoch.

Vor der Bearbeitung des Werkstückes wird zweckmäßigerweise die jewei­ lige Istlage erfaßt, wobei die ermittelten Werte in den Rechner ein­ gegeben und bei der Steuerung der Bewegungen des Werkstückes und des Werkzeuges berücksichtigt werden. Dadurch wird das Spannen des Werk­ stückes wesentlich erleichtert, da eine vorgegebene Sollage nicht einzuhalten ist. Da das Spannen des Werkstückes in einer vorgegebenen Sollage nur innerhalb eines bestimmten Toleranzfeldes möglich ist, werden durch das Erfassen der jeweiligen Istlage bedingte Ungenauig­ keiten verhindert.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe bezüglich der Vorrichtung ist vor­ gesehen, daß der Werkstückträger aus einer das Werkstück haltenden, um eine erste Achse drehbaren Aufnahmeplatte und mindestens einer um eine parallel und versetzt zur ersten Achse stehenden zweiten Achse drehbaren Grundplatte gebildet ist, und daß der das Werkzeug tragende Werkzeugschlitten zumindest in einer quer zu den Achsen stehenden Ge­ radführung stufenlos bewegbar ist.

Der Werkstückträger der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders einfach aufgebaut, da er im wesentlichen aus zwei kreisrunden Schei­ ben besteht, die unabhängig voneinander in beiden Drehrichtungen dreh­ bar sind, wobei die Drehachse der das Werkstück tragenden Aufnahme­ platte versetzt zur Drehachse der Grundplatte steht. Die Drehbewegung der Aufnahmeplatte und der Grundplatte können im gleichen oder entge­ gengesetzten Drehsinn erfolgen. Dabei können die Winkelgeschwindigkei­ ten voneinander abweichen. Je nach der Kontur des Werkstückes kann es sich ergeben, daß eine der Platten stillsteht. Dieser Stillstand er­ streckt sich normalerweise nicht über die ganze Dauer der Bearbeitung, es sei denn, es wird ein rotationssymmetrisches Teil bearbeitet, wofür die Vorrichtung eigentlich aber nicht ausgelegt ist.

Weitere Kennzeichen und Merkmale einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ünteransprü­ chen und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Aufriß, rein schematisch,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht und

Fig. 3 und 4 zwei der Fig. 2 entsprechende Darstellungen, jedoch in einer anderen Stellung des zu bearbeitenden Werkstückes.

Die in den Figuren aufgezeigte Vorrichtung weist mit 10 bezeichneten Werkstückträger auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer kreisrunden Aufnahmeplatte 10 a und einer ebenfalls kreisrunden Grundplatte 10 b besteht. Die Grundplatte 10 b liegt dem nicht dargestell­ ten Maschinengestell zugewandt. Die Aufnahmeplatte 10 a ist um eine erste, vertikale Achse 11, die Grundplatte 10 b um eine zweite verti­ kale Achse jeweils in beiden Drehrichtungen durch nicht dargestellte Antriebe verdrehbar. Die Abtriebsdrehzahl dieser Antriebe ist inner­ halb eines Regelbereiches stufenlos verstellbar. Außerdem kann die Drehrichtung des Abtriebszapfens jedes Antriebes entsprechenden den Erfordernissen um gesteuert werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der Durchmesser der Aufnahmeplatte 10 a dem Radius der Grundplatte 10 b. Aus der Fig. 1 ist erkennbar, daß die Aufnahmeplatte 10 a auf einem in die Grundplatte 10 b eingesetzten Bolzen drehbar gelagert ist. Andere Ausbildungen sind denkbar. Der Abstand der ersten Achse 11 zur - bezogen auf die Grund­ platte 10 b - zentrisch angeordneten zweiten Achse 12 entspricht etwa dem halben Durchmesser der Aufnahmeplatte 10 a bzw. einem Drittel des Durchmessers der Grundplatte 10 b. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die der Aufnahmeplatte 10 a und der Grundplatte 10 b zugeordneten Achsen 11, 12 im Mittlepunkt angeordnet. Im Gegensatz zur dargestell­ ten Ausführung ist es auch denkbar, die Aufnahmeplatte 10 a und die Grundplatte 10 b um eine gemeinsame Punkt zu schwenken, jedoch müßte dann die Aufnahmeplatte 10 a um einen außermittigen Drehpunkt bewegt werden.

Auf die Aufnahmeplatte 10 a ist ein zu bearbeitendes Werkstück 13 ge­ spannt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 13 als eine Klinke ausgebildet, dessen Außenkontur geschliffen werden soll. Die dargestellte Vorrichtung ist insbesondere zum Schleifen von Außen- und Innenkonturen gedacht, wobei die Konturen von der Kreisform ab­ weichen sollen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 14 als eine rotierend antreibbare Schleifwalze ausgebildet, deren Dreh­ achse parallel und im Abstand zu den vertikalen Achsen 11, 12 liegt. Das Werkzeug 14 ist an einem andeutungsweise dargestellten Werkzeug­ schlitten 15 angeordnet, der in einer ortsfesten Führung in Richtung des Doppelpfeiles A verfahrbar ist. Durch die Doppelpfeile B und C soll angedeutet werden, daß die Aufnahmeplatte 10 a und die Grundplatte 10 b in beiden Drehrichtung bewegbar sind. Der Werkzeugschlitten 15 kann durch einen geeigneten Linearantrieb bewegt werden.

Die nicht dargestellten Antriebe für die Aufnahmeplatte 10 a, für die Grundplatte 10 b und für den Werkzeugschlitten 15 werden durch einen nicht näher erläuterten Rechner gesteuert, in den ein auf die Bearbei­ tung des Werkstückes 13 ausgerichtetes Programm eingegeben wurde.

Vor Beginn der Bearbeitung kann die Istlage des auf die Aufnahmeplatte 10 a aufgespannten Werkstückes 13 ermittelt werden. Diese Werte werden auch in den Rechner eingegeben. Das Werkstück 13 kann deshalb in einer günstigen Lage auf die Aufnahmeplatte 10 a aufgespannt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß für die Rundumbearbeitung des Werkstüc­ kes 13 die Aufnahmeplatte 10 a, die Grundplatte 10 b und der Werkzeug­ schlitten 15 in eine andere Position gefahren wurden. Aus den Figuren ist erkennbar, daß der jeweilige Schnittwinkel gleichbleibt. Da im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel das Werkzeug 14 eine Walze ist, greift die Walze tangential an das Werkstück an. Aus den Figuren ergibt sich zweifelsfrei, daß auch eine ebene Fläche bearbeitet werden kann, wenn die Bewegungen aufeinander abgestimmt sind.

Das Werkzeug 14 kann bei einem entsprechenden Werkstück 13 auch noch parallel zu den Achsen 11, 12 verfahren werden. Besonders die eingangs erwähnte tangentiale Stellung des Werkzeuges 14 zum Werkstück 13 kommt bei dieser Arbeitsweise in Betracht. Der Durchmesser einer das Werk­ zeug 14 bildenden Schleifwalze ist in der Praxis wesentlich größer als in den Figuren dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung ist auch zur Bearbeitung von Teilumfangsflächen geeignet.

Bezugszeichen

10 Werkstückträger
10 1 a Aufnahmeplatte
10 b Grundplatte
11 Achse
12 Achse
13 Werkstück
14 Werkzeug
15 Werkzeugschlitten

Claims (11)

1. Verfahren zur spangebenden Bearbeitung eines Werkstückes, insbeson­ dere eines metallischen Werkstückes mit einer von der Kreisform ab­ weichenden Außenkontur, welches auf einem Werkzeugträger festgelegt ist und mittels eines in einem Werkzeughalter angeordneten Werkzeu­ ges bearbeitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (13) im Sinne einer Vorschubbewegung in einer Ebene um wenigstens zwei parallel und versetzt zueinander stehende Achsen (11, 12) bewegt wird, und daß das Werkzeug (14) zumindest in der Bewe­ gungsebene des Werkstückes (13) derart translatorisch verfahren wird, daß der vom Werkzeug (14) und Werkstück (13) eingeschlossene Schnitt­ winkel gleich oder annähernd gleich bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (14) in der Bewegungsebene des Werkstückes (13) und in einer quer dazu stehenden Ebene verfahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werk­ stück (13) und das Werkzeug (14) in einer Horizontalbene bewegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegun­ gen des Werkstückes (13) und des Werkzeuges (14) durch einen Rechner steuerbar sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Be­ arbeitung des Werkstückes (13) die Istlage des Werkstückes (13) erfaßt wird, und daß die ermittelten Werte in den Rechner eingegeben und bei der Steuerung der Bewegungen des Werkstückes (13) und des Werkzeuges (14) berücksichtigt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (10) aus einer das Werkstück (13) haltenden, um eine erste Achse (11) drehbaren Aufnahme­ platte (10 a) und mindestens einer um eine parallel und versetzt zur ersten Achse (11) stehenden zweiten Achse (12) drehbaren Grundplatte (10 b) gebildet ist, und daß der das Werkzeug (14) tragende Werkzeug­ schlitten (15) zumindest in einer quer zu den Achsen (11, 12) stehen­ den Geradführung stufenlos bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ nahmeplatte (10 a) und die Grundplatte (10 b) jeweils mittels eines drehrichtungsumkehrbaren Antriebes unabhängig voneinander antreibbar sind, und daß die Abriebsdrehzahl des jeweiligen Antriebes vom Still­ stand bis zur Höchstdrehzahl stufenlos veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ zeugschlitten mittels eines Linearantriebes bewegbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ nahmeplatte (10 a) und die Grundplatte (10 b) kreisförmig ausgebildet sind, und daß der Durchmesser der Aufnahmeplatte (10 a) dem Radius der Grundplatte (10 b) entspricht oder annähernd entspricht.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeplatte (10 a) und die Grundplatte (10 b) jeweils um eine zentrische Achse (11 bzw. 12) ver­ drehbar sind, und daß die der Aufnahmeplatte (10 a) zugeordnete Achse (11) versetzt zu der der Grundplatte (10 b) zugeordneten Achse (12) liegt.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz bzw. der Abstand der beiden Drehachsen (11, 12) dem Radius der Aufnahmeplatte (10 a) ent­ spricht oder annähernd entspricht.