DE4331537C1 - Vorrichtung zum Bearbeiten von Kanten, Oberflächen oder Innenflächen eines Formteils mit Freiformflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Kanten, Oberflächen oder Innenflächen eines Formteils mit Freiformflächen mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen sowie ein Verfahren zur Bearbeitung.

Die Erfindung betrifft CNC-gesteuerte oder NC-gesteuerte Bearbeitungszentren oder Maschinen, die geeignet sind, um Oberflächen, Kanten und/oder Innenflächen zu bearbeiten. Derartige Bearbeitungszentren weisen verschiedene Linear- und Schwenkachsen auf, die entsprechend vorgegebenen Koordinatendaten gegeneinander verschieb- oder verschwenkbar sind, so daß sie in jede x-beliebige Position zu dem zu bearbeitenden Werkstück verbringbar sind. Die Koordinatenbezeichnungen sind nach DIN 6621 genormt. Durch diese Steuerart ist es möglich, den Bearbeitungskopf in jede x-beliebige Position in bezug auf das zu bearbeitende Formteil bzw. Werkstück zu bringen. Der Bearbeitungskopf besteht in der Regel aus einem Motor, an dem das rotierende Werkzeug, z. B. ein Fräser, ein Bohrer, ein Schleifer, befestigt ist.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 25 08 968 A1 bekannt. Das darin angegebene numerisch gesteuerte Handhabungssystem weist einen numerisch positionierbaren Halterungs- oder Greifarm für ein Werkzeug auf sowie eine Steuerung für eine Positionskorrektur.

Darüber hinaus sind Entgratungsmaschinen bekannt, die ebenfalls CNC-gesteuert sind und die einen Schleifkopf als Bearbeitungskopf mit einem rotierenden zylinderförmigen Schleifkörper aufweisen, der koordinatengesteuert über Lineareinheiten an den zu entgratenden Kanten entlanggeführt wird.

Sowohl bei der Herstellung von Formteilen aus Kunststoff als auch bei der Herstellung von Formteilen aus Metall, insbesondere Teilspritzgußteilen, besteht das Problem, daß nach einer relativ automatischen Formgebung das Formteil vom Putzen zu trennen ist und dann entgratet werden muß, da in der Regel, insbesondere, wenn es sich um Kunststoffteile handelt, die in Blastechnik hergestellt sind, scharfe Kanten bei der Ausformung gegeben sind.

Solange die Maßgenauigkeit des hergestellten Erzeugnisses gegeben ist, lassen sich diese mit herkömmlichen Entgratungsmaschinen mit einem rotierenden Schleifkopf, der mittels der CNC-Steuerung über die Linearachsen entlang der Kanten gefahren wird, entgraten. Gerade bei größeren Kunststoffteilen oder Metallteilen mit vielen Freiformflächen und gekrümmten Flächen ist eine solche Steuerung sehr aufwendig, da praktisch jeder einzelne Punkt vorher von einer CAD-Anlage auf die Steuerung der Maschine übertragen werden muß oder solche Punkte abgetastet und deren Koordinatendaten eingespeichert werden müssen. Weiterhin weisen gerade in Blastechnik hergestellte Kunststoffteile oder andere aus Kunststoff oder aus Metallguß gespritzte Teile unterschiedliche Schrumpfverhalten auf, so daß sie sich entweder in der Form etwas verwerfen oder aber die Toleranzgrenzen zum Auskühlen erreichen. Bei Plastikerzeugnissen ist der Schrumpfgrad z. B. abhängig vom Ausgangsmaterial und vom Grad der Beimischung von Regranulat und anderen Additiven. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere solche Plastikteile, beispielsweise Kindersitze, nur manuell entgratet werden können, was sehr kostenintensiv ist. Das gleiche gilt auch für andere Kunststofferzeugnisse mit komplizierten Freiformen und auch in bezug auf Metallspritzteile, die oftmals mehr oder minder stärkere Grate an den Oberflächen oder an den Kanten aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung eingangs genannter Art so auszugestalten, daß der Bearbeitungskopf bzw. das Bearbeitungswerkzeug den Konturen der Freiformflächen bzw. den Kanten stets folgt, auch dann, wenn infolge des Erkaltungsprozesses bei dem in Spritzgießtechnik oder Blastechnik hergestellte Metall- oder Kunststofformteil die Abmessungen von Formteil zu Formteil differieren oder Verwerfungen des Formteils gegeben sind.

Die Erfindung löst die Aufgabe bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Ein Verfahren, nach dem die Vorrichtung die Bearbeitung vornimmt, ist zudem im Anspruch 18 und ein weiterer Verfahrensschritt im Anspruch 19 angegeben.

Die abhängigen Unteransprüche 2 bis 17 geben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in bezug auf CNC-gesteuerte Maschinen mit verschiedensten frei programmierbaren CNC-Achsen an. Die Ansprüche 20 bis 25 geben vorteilhafte weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und der Bearbeitungswerkzeuge und deren Ausgestaltungsformen an.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß zum Bearbeiten der Oberfläche oder zum Entgraten der Kanten das Bearbeitungswerkzeug, nämlich der Schleifer oder oder Fräser, der Kontur des Formteils folgt. Die vorgesehene automatische Nachsteuerung ermöglicht zudem, einen gezielten Andruck an der zu bearbeitenden Kante oder der Bearbeitungsfläche im Bearbeitungsabschnitt des Formteils einzustellen. Der Anfahrkoordinatenpunkt kann im Extremfall auch der Anlagepunkt vor der Weiterbewegung des Bearbeitungskopfes sein. Das Steuerprogramm kann aber auch bei der Konturabtastung einen Rückansatz um eine bestimmte kurze Wegstrecke errechnen, so daß auch im Falle extremer Toleranzen des Formteils der Ausgangspunkt, ab dem der automatische Vorschub einsetzt, stets vor dem Anliegen des Bearbeitungswerkzeuges vor dem Formteil einsetzt. Bei der weiterführenden Bearbeitung überlagern sich gewissermaßen die Vorgaben der abgetasteten oder vorher fest eingegebenen Koordinatendaten mit den durch die selbständige Regelung erfaßten. Der Bearbeitungskopf kann dabei verschiedenste Werkzeuge tragen, beispielsweise einen Schleifer, aber auch Wärmequelle zum Verschweißen von Kanten usw. Diese sind in den Bearbeitungskopf einzusetzen. Entsprechend weist der Bearbeitungskopf entweder einen Motor, z. B. einen pneumatischen oder einen elektrischen Motor, zum Antrieb einer Schleifscheibe oder einen Hubmagneten auf, der einen Bearbeitungsschaber hin- und herbewegt. In Verbindung mit der Erfindung können jegliche Formen der Bearbeitungsköpfe eingesetzt werden. In Verbindung der Auslegung der Vorrichtung als Entgratungsmaschine weist der Bearbeitungskopf in vorteilhafter Weise einen Schleifer auf, der eine zylinderische Form von bestimmter Höhe aufweist, so daß auch dann, wenn die Kante leicht höhenversetzt gegenüber der Schleifkopfmitte verläuft, eine Höhennachsteuerung, also in der senkrechten Achsenebene, nicht zu erfolgen braucht, wenn die Höhentoleranzen sich innerhalb der Länge des zylinderförmigen Schleifkopfes bewegen.

Zweckmäßigerweise wird das zu bearbeitende Formteil, z. B. ein Kindersitz, auf einen Drehtisch aufgespannt. Das Formteil kann mit einem Niederhalter festgehalten werden, der auf das Werkstück von oben senkrecht aufdrückt. In einfacher Bauweise kann nur eine Lineareinheit vorgesehen sein, die den Bearbeitungskopf in Richtung des Formteils bewegt und an dem der Träger zur Befestigung des Halters mit dem Bearbeitungskopf befestigt ist. Diese einfache Ausführungsform ist dann wählbar, wenn keine merklichen Höhenverläufe der zu entgratenden Kanten bzw. zu bearbeitenden Oberflächen gegeben sind. Es kann aber auch eine zweite Achsenebene in senkrechter Richtung zusätzlich vorgesehen sein, so daß hierüber der Bearbeitungskopf, gleich ob er an der senkrechten oder an der horizontalen Lineareinheit angebracht ist, in Richtung des Formteils stets koordinatengesteuert verschoben werden kann. Erst ab einer bestimmten Koordinateneinstellung erfolgt eine Selbstregelung durch den Hubwegmesser bzw. den Andruckmesser, der mit dem verschwenk- oder verschiebebeweglichen Halter gekoppelt ist. Durch entsprechende Sollvorgaben ist es möglich, auch ganz geringe Andruckkräfte steuern zu können, so daß ein geringer Verschleiß des Schleifkörpers zum einen gegeben ist und zum anderen die Kanten sehr schonend entgratet werden. Das gleiche gilt auch für die Bearbeitung von Oberflächen.

Über eine weitere Mechanik kann der Bearbeitungskopf mit dem Bearbeitungswerkzeug, aber auch in zwei weiteren Ebenen verschwenkt werden. Darüber hinaus ist es zur Bearbeitung angebracht, einen Drehtisch vorzusehen, in dem sich die Linearachse verschieben lassen. Sämtliche Linearachsen und auch der Drehtisch werden numerisch gesteuert angetrieben. Die Steuervorrichtung, die dafür vorgesehen ist, ist ein CNC-Controller. Solche Controller sind bekannt und gestatten die Steuerung in sechs Achsenebenen. Gemäß der Erfindung ist dieser Steuerung eine Regeleinheit überlagert, die die Abweichungen der einzelnen zu bearbeitenden Formteile kontinuierlich selbständig ausregelt. Eine Anlage nach der Erfindung ist freiprogrammierbar. Die Steuerdaten können dabei entweder von einer CAD-Anlage direkt übernommen, aber auch die Form abgetastet werden, wobei beispielsweise auf einem definierten Abschnitt 100 Koordinatenpunkte abgetastet werden und die so in entsprechende Koordinatensteuerdaten umgesetzt und in den Speicher der Steuervorrichtung abgespeichert werden. Diese Daten werden sodann als feste Koordinatendaten zur Nachführung der Verfahreinheiten von dem Steuerprogramm ausgewertet. Erst wenn der jeweilige Steuervorgang abgeschlossen ist, erfolgt eine Nachregelung gemäß der Erfindung.

Bei Verwendung einer in sechs Achsenebenen steuerbaren Vorrichtung, wobei alle Achsenebenen frei programmierbar sind, wird eine optimale Konturenangleichung erreicht. Begrenzt wird diese Eigenschaft nur durch die Abmaße des Schleifkörpers und die mechanische Dimensionierung der Gesamtanlage.

Die nach der Erfindung verwendeten Lineareinheiten sind bekannte Einheiten, wie sie in CNC-gesteuerten Maschinen eingesetzt werden. Sie bestehen in der Regel aus Führung, Schlitten und Spindel, die von einem Motor angetrieben wird. Als Antrieb können generell aber auch pneumatische Motoren eingesetzt werden. Üblicherweise werden zur Erzielung einer hohen Genauigkeit elektrische Schrittmotoren für die Lineareinheiten eingesetzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, ergänzend erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung in Form einer CNC-gesteuerten Entgratungsmaschine;

Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten Entgratungsmaschine im Ausschnitt mit den schematisch dargestellten wesentlichen Komponenten;

Fig. 3 eine schwenkbewegliche Lagerung des Halters zur Aufnahme des Bearbeitungskopfes;

Fig. 4 eine Verschiebeeinrichtung zur verschiebebeweglichen Lagerung des Halters eines Bearbeitungskopfes gegenüber dem Träger;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einem einzigen Bearbeitungskopf, ausgelegt als Entgratungsmaschine,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei parallel arbeitenden Bearbeitungsköpfen und

Fig. 7 eine schematische Darstellung mit einem Schwenkantrieb des Bearbeitungskopfes.

Die in den Fig. 1 und 2 schematisch und vereinfacht dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Maschinengestell 1 mit einer darauf montierten Lineareinheit 2, auch Verfahreinheit genannt. Diese Lineareinheit 2 ist in bekannter Bauart ausgeführt, d. h. sie weist eine Spindel, einen Schlitten und ein Führungsbett auf. Die Spindel ist in der Regel als Kugelgewinde ausgeführt. Angetrieben wird die Spindel durch einen Schrittmotor 3, der von einer nicht dargestellten Steuervorrichtung angesteuert wird, wie auch die übrigen Motoren der weiteren Lineareinheiten und des Drehtisches 14. Auf der angegebenen Lineareinheit 2 ist am Schlitten derselben eine erste Lineareinheit 5 montiert, und zwar parallel zur Längsachse der Lineareinheit 2. Die erste Lineareinheit 5 ist gleich der zweiten aufgebaut, jedoch wesentlich kürzer, da sie, wie später noch erläutert, lediglich für die Nachregelung angesteuert wird. Auch diese Lineareinheit 5 weist einen eigenen Antriebsmotor 4 auf, der als Schrittmotor ausgebildet ist. Auf dem Schlitten der Lineareinheit 5 ist eine Säule 12 montiert, an der eine senkrecht stehende Lineareinheit 6 befestigt ist, deren Spindel von einem Motor 15 angetrieben wird. Anstelle der angegebenen Spindel können, wie auch bei anderen bekannten Lineareinheiten vorgesehen, Zahnriemen zum Transport des Schlittens verwendet werden. Die Lineareinheit 6 ermöglicht eine Höhenverstellung eines Trägers 10, der an dem Schlitten der Lineareinheit 6 befestigt ist. Dies kann direkt erfolgen. Es ist aber auch möglich, wie dies aus Fig. 2 in der Draufsicht ersichtlich ist, zwischen dem Träger 10 und dem Schlitten einen u-förmigen Halterahmen 39 vorzusehen, an dessen beiden in Richtung des Drehtellers 14 des Drehtisches vorstehenden Schenkeln 50a und 50b eine Schwenkachse 19 vorgesehen ist, an der ein innenliegender u-förmiger Rahmen 28 befestigt ist, an dem ein weiteres Drehlager, dessen Achse senkrecht zur Lineareinheit 6 verläuft, vorgesehen ist, auf dem ein Schneckenrad 23 drehbar gelagert ist, das fest mit dem Träger 10 verbunden ist. Dadurch ist es möglich, den Bearbeitungskopf 7, in diesem Fall einen Schleifermotor mit einem Schleifer 8, sowohl in Längsrichtung gegenüber der Lineareinheit 6 um die Schwenkachse 19 gesteuert zu verschwenken, als auch senkrecht zur Achsenebene der Lineareinheit 6 den Kopf zu verdrehen. Die Drehbewegungsmöglichkeit des Kopfes um die Achse 36 ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. Das Schneckenrad 35 wird von einer Schnecke 34 angetrieben, die über eine Welle 17 von dem Motor 16, einem Schrittmotor, nach Koordinatenvorgaben entsprechend gedreht wird, so daß der Bearbeitungskopf 7 jede x-beliebige Drehstellung einnehmen kann. Die weiterhin vorgesehenen Trägerrahmen 37 dienen zur Befestigung des Lagerträgers. Die Schwenkbewegung um die Schwenkachse 19 wird ebenfalls durch einen Schneckenantrieb mit einem Schneckenrad 22, das fest mit dem Rahmen 28 verbunden ist, bewerkstelligt. Angetrieben wird das Schneckenrad von einer Schnecke 21, die mit der Motorwelle des Motors 20 gekoppelt ist. Diese Elemente sind in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 1 ist die vereinfachte Ausführungsform abgebildet, in der eine direkte Befestigung des Tragers 10 an dem Schlitten der Lineareinheit 6 und der Zwischenelemente vorgesehen ist. Es ist zweckmäßig, bei schwenkbeweglicher und drehbeweglicher Aufhängung des Bearbeitungskopfes 7 in zwei Schwenkachsenebenen, den Mittelpunkt des Schleifers 8 in den Achsenkreuzungspunkt zu verlegen, so daß bei der Koordinatenfestlegung nur die Koordinate des Achsenschnittpunktes als Ausgangsbasis berücksichtigt und nicht eine Korrektur durch Verschwenken des Schleifers, der als Bearbeitungswerkzeug vorgesehen ist, vorgenommen werden muß.

Vor der CNC-gesteuerten Verfahreinheit, die den Bearbeitungskopf trägt, ist am Gestell 1 ferner ein Drehtisch 14 vorgesehen, an dem das zu bearbeitende Formteil 11 befestigt ist, z. B. durch einen nicht dargestellten Niederhalter. Beispielsweise soll der eingezeichnete Grat 48 durch den Schleifer 8 abgetragen werden. Der Drehtisch 14 wird von einem Motor 13 schrittweise entsprechend den vorgegebenen Koordinaten verstellt. Auch diese vorgegebenen Koordinaten sind in den Speicher der nicht dargestellten Steuervorrichtung eingegeben. Dies kann entweder von einer CAD-Anlage direkt erfolgen oder aber durch Abtastung mit dem Bearbeitungswerkzeug 8 durch manuelle Verschiebung der Lineareinheiten und/oder der Schwenk- und Dreheinheiten, die zu diesem Zweck entsprechende bekannte Signalgebereinrichtungen aufweisen, die die jeweilige Verstellposition an den Speicher der Steuervorrichtung leiten. Auf diese Weise werden beispielsweise die Koordinatendaten mehrerer Meßpunkte erfaßt. Bei linearer Verschiebung sind nur wenige notwendig, bei gekrümmter Linie bzw. bei gekrümmter Oberfläche, die bearbeitet werden soll, müssen eine entsprechend große Anzahl pro Bearbeitungsfläche oder -linie abgetastet und eingegeben werden. Das gleiche gilt auch in bezug auf bogenförmige Kantenverläufe, damit die Verfahreinheiten anhand der vorgegebenen Werte durch Interpolierung die Antriebe auf die jeweiligen Abtastwerte hinführen. Das Steuerprogramm ist im vorliegenden Programm so ausgelegt, daß die Koordinaten in Richtung auf den Bearbeitungspunkt vor dem Formteil 11 enden. Für die Bearbeitung wird also die Lineareinheit 2 zunächst in Richtung des Formteils 11 vorgeschoben, bis der Schleifer 8 kurz vor dem Formteil 11 zum stehen kommt. Ab diesem Zeitpunkt übernimmt eine zweite Steuerung, die entweder in das Programm integriert ist oder als gesondertes Programm mit dem ersten Steuerprogramm gekoppelt ist, die weitere Steuerung der ersten Verfahreinheit 5, bis der Bearbeitungskopf an dem Bearbeitungspunkt am Formteil 11 anliegt. Die Linearbewegung wird darüber hinaus fortgesetzt und automatisch in Abhängigkeit von dem Anlagedruck bzw. dem Verschiebeweg oder dem Verschwenken des Bearbeitungskopfes 7 gegenüber dem Träger 10 geregelt. Zu diesem Zweck ist der Bearbeitungskopf 7, wie aus Fig. 1 und 2, aber insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, an einem Halter 9 befestigt, der um eine Schwenkachse 24 an dem Träger 10 angelenkt ist. Diese Schwenkachse 24 verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen vertikal. Sie kann aber auch jede Drehstellung einnehmen, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Der Halter 9 ist dabei gegen die Kraft einer Feder 25 verschwenkbar, so daß beim linearen Vorschub der Bearbeitungskopf 7 den Halter 9 in Richtung des Trägers 10 verschwenkt. Die Feder 25 kann Bestandteil des kombinierten Feder- Meßkopfes 18 sein, der in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 3 sind dies gesonderte Elemente. Um den Schwenkweg messen zu können ist ferner ein Potentiometer 26 mit einer Verschiebeachse 27 vorgesehen, die an einem Widerlager des Trägers 10 anliegt und gegen die Kraft einer Feder im Potentiometer 26 verschiebbar ist. In Abhängigkeit des Verschiebeweges ändert sich der Widerstand des Potentiometers, so daß ein genaues proportionales, vom Schwenkweg abhängiges Signal an die Steuereinrichtung abgegeben wird. Das jeweilige Verschiebesignal ist aber auch proportional einem ganz bestimmten zugeordneten, durch die Federanordnungen und deren Federcharakteristik vorgegebenen Anlagedruck des Schleifers 8 an dem Werkzeug. Wird ein Solldruck vorher definiert oder aber der Weg vorgegeben, um den maximal die Schwenkbewegung erfolgen soll, so kann durch Vergleich des Meßwert es mit dem Sollwert innerhalb des Toleranzbereiches der Vorgabe der Vorschub der Lineareinheit 5 gezielt gestoppt und auch fortlaufend nachgeregelt werden. Das abgegriffene weg- oder druckabhängige Signal kann dabei einem gesonderten Steuerkreis innerhalb der Steuervorrichtung zur Steuerung des Motors 4 zugeführt werden. Es kann aber auch auf die parallele erste Lineareinheit 5 verzichtet werden, indem die Koordinatendaten für die Steuerung der Lineareinheit 2 entsprechend geändert werden, wobei dann sichergestellt sein muß, daß die ergänzenden Korrekturwerte fortlaufend die vorgegebenen Koordinatensteuerdaten verändern, und zwar fortlaufend in bezug auf die weitere Bearbeitung längs einer Kante oder einer Fläche bei gleichzeitiger Drehung des Drehtisches 14, ohne daß die vorher durch Abtastung oder CAD-Eingabe abgelegten Ortskoordinaten verändert werden. Wenn nämlich das Formteil 11 bearbeitet ist und ein anderes aufgesetzt wird, muß die Verfahreinheit wieder in die Ausgangsposition bringbar sein und die Steuerung nach den vorgegebenen Koordinatendaten beeinflußt werden, wobei die nach der Erfindung vorgesehene zweite Steuerung nur der Feinsteuerung dient. Die druck- oder wegabhängige Feinsteuerung ist immer gewährleistet, auch dann, wenn für die bessere Bearbeitung eine Schrägstellung des Bearbeitungskopfes 7 um die eine oder die andere Schwenkachse notwendig ist. Das Wirkungsprinzip bleibt stets erhalten. Durch Eingabe eines bestimmten Sollvorgabewertes kann eine Feinstregelung vorgenommen und auch ein ganz schwacher Anlagedruck des Bearbeitungswerkzeuges 8 eingestellt werden. Die Ortskoordinaten für die Verfahreinheiten sind jeweils der Drehstellung des Drehtisches 14 entsprechend angepaßt eingespeichert. Das Formteil 11 muß selbstverständlich stets in der gleichen Ausgangsposition des Drehtisches 14 auf diesem befestigt sein.

In Fig. 4 ist eine Variante der schwingenden Aufhängung des Bearbeitungskopfes 7 dargestellt. Der Träger 10 ist schwenkbeweglich um eine Mittenachse an dem u-förmigen Rahmen 28 gelagert, aber fest an diesem befestigt, der wiederum mit dem Schlitten der senkrechten Lineareinheit 6 verbunden ist. An dem Träger 10 sind hervorstehend, beispielsweise in den vier Eckenbereichen, Säulen 32 und 33 vorgesehen, auf die verschiebebeweglich der Halter 9 aufgesetzt ist, zwischen den Träger 10 und die Federn 30 und 31 zwischengefügt, die so zu dimensionieren sind, daß der gewünschte Anlagedruck des Bearbeitungswerkzeuges 8 an der Oberfläche oder Kante des Formteils 11 einstellbar ist. Sicherungsstifte 51 sichern den Halter 9 gegen Herausziehen. Zur Verschiebewegmessung ist ein Potentiometer 29 mittig vorgesehen, dessen federbelasteter Schieber 42 an einem Widerlager des Halters 9 anliegt, so daß bei der Verschiebung des Halters 9 infolge des kontinuierlichen Vorschubs der Lineareinheit 5 oder 2 der Widerstandswert des Potentiometers 29 verändert wird. Anstelle des Potentiometers kann aber auch ein digitaler Impulsgeber eingesetzt werden, der wegabhängige Impulse gibt. Der gemessene elektrische Wert ist proportional dem Anlagedruck, der sich mit stetiger Spannung der Druckfeder 30, 31 erhöht. Die Steuerung erfolgt in gleicher Weise, wie vorher beschrieben. Es soll hiermit lediglich aufgezeigt sein, daß auch andere verschiebebewegliche Aufhängungen des Halters 9 möglich sind, um zum gleichen Ziel zu kommen.

In Fig. 5 ist schematisch skizzenhaft eine Ausführungsform dargestellt, bei der an einer horizontalen Lineareinheit 39 eine senkrechte Lineareinheit 6 befestigt ist, an der wiederum eine horizontale Lineareinheit 38 vorgesehen ist, an der eine erfindungsgemäße Halterung des Bearbeitungskopfes 7 so angeordnet ist, daß auch ein seitliches Anfahren gegen das Formteil 11 möglich ist, das auf dem Drehtisch 14 befestigt ist. Unterhalb des Bearbeitungstisches ist in dem Gestell 1 die Steuerung 40 eingebaut. Dieses Beispiel zeigt, daß nicht nur zwangsläufig eine senkrechte Bewegungsrichtung gegenüber dem Werkzeug eingenommen werden muß, um eine druckabhängige zweite Steuerung zu bewerkstelligen, sondern daß auch eine seitliche druckabhängige Steuerung erfolgt. Zu diesem Zweck müßte dann allerdings eine schwenkbewegliche Lagerung des Bearbeitungskopfes 7 gemäß Fig. 3 vorgesehen sein.

In Fig. 6 ist in einer Skizze ein weiteres Ausführungsbeispiel einer CNC-gesteuerten Anlage dargestellt, bei dem zwei Bearbeitungsköpfe 42, 43 parallel zwei Formteile 44, 45 gleichzeitig mit den Bearbeitungswerkzeugen 46, 47 bearbeiten können. Während die numerischen Daten beider parallelen Arbeitsgänge für die Steuerung einer einzigen Verfahreinheit gleichzeitig benutzt werden können, ist in diesem Fall lediglich vorgesehen, daß die druckabhängige Feinsteuerung beider Köpfe 42, 43 gesondert erfolgt.

Claims (25)

1. Vorrichtung zum Bearbeiten von Kanten, Oberflächen oder Innenflächen eines Formteils mit Freiformflächen, bestehend aus einer Aufnahmevorrichtung, an der das zu bearbeitende Formteil befestigbar ist, mit einem Bearbeitungskopf und einem hieran befestigten Bearbeitungswerkzeug, welcher Bearbeitungskopf an einem Träger befestigt ist, der von einer ersten Lineareinheit relativ gegenüber dem Formteil verschiebbar ist, und mit einer numerischen Steuervorrichtung, über die der Antrieb der Lineareinheit von einem Steuerprogramm in Abhängigkeit von Koordinatendaten ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bearbeitungskopf (7) an einem Halter (9) befestigt ist, der schwenk- und/oder verschiebebeweglich gegen die Kraft einer Federanordnung (25, 30, 31) Träger (10) befestigt ist,
daß die Steuervorrichtung (40) in Abhängigkeit von vorgegebenen Koordinatendaten den Antrieb (4) der ersten Lineareinheit (5) oder den Antrieb (3) einer parallelen zweiten Lineareinheit (2), die die erste Lineareinheit (5) in der gleichen Achsenrichtung verschiebt, derart steuert, daß das Bearbeitungswerkzeug (8) in einem den Koordinatendaten entsprechenden Abstand zum Formteil (11) gelangt,
daß die Steuervorrichtung Steuersignale generiert, die den Antrieb (4) der Lineareinheit schrittweise derart weiter steuern, bis das Bearbeitungswerkzeug (8) an dem Bearbeitungspunkt am Formteil (11) anliegt, und weitere Steuersignale generiert, die den Antrieb (4) der Lineareinheit (5) derart steuern, daß der Halter (9) des Bearbeitungskopfes (7) sich um einen bestimmten Hub in Richtung des Trägers (10) bewegt,
daß zwischen dem Träger (10) und dem Halter (9) ein Drucksensor oder eine Meßvorrichtung (26, 27) für den Hubweg vorgesehen ist,
daß der Drucksensor in Abhängigkeit vom Anlagedruck des Bearbeitungswerkzeuges (8) an der zu bearbeitenden Fläche oder Kante (48) des Formteils (11) ein dem Druck proportionales Signal abgibt, oder daß die Hubweg- Messvorrichtung (26, 27) ein dem Hub proportionales Signal erzeugt, daß das Anlagedrucksignal oder das Hubsignal zum Vergleich mit einem Solldruckwert oder einem Hubsollwert an dem Regeleingang der Steuervorrichtung (40) anliegt, und
daß die Steuervorrichtung (40) so lange Steuersignale generiert, bis der Anlagedruck des Bearbeitungswerkzeuges (8) innerhalb der Toleranzgrenzen des Solldruckwertes oder der Hub innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Steuersignalen als Nachführkoordinatendaten die vorgegebenen Koordinatendaten änderbar sind, und daß in Abhängigkeit von den geänderten Koordinatendaten der Antrieb (4) bei neuer Aufnahme eines Formteils (11) das Bearbeitungswerkzeug (8) mit dem Bearbeitungskopf (7) in einem bestimmten, diesen neuen Koordinatendaten entsprechenden Abstand zum Formteil fährt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatendaten durch die Nachführkoordinatendaten inkrementiert oder dekrementiert werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearachse der ersten Lineareinheit (5) im wesentlichen horizontal verläuft, daß der Halter (9) mit dem Bearbeitungskopf (7) um eine quer zur Linearachse der ersten Lineareinheit (5) im wesentlichen horizontale Achse (19) einer Schwenkeinheit verschwenkbar ist, und daß hierfür ein gesonderter Antrieb (20) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf auf einer parallel zur Linearachse der Lineareinheit (5) verlaufenden Schwenkachse (36) schwenk- oder drehbeweglich gelagert ist und hierfür ein weiterer gesonderter Antrieb (16) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schwenkachsen (19, 36) im wesentlichen durch den Mittelpunkt des Bearbeitungswerkzeuges (8) verlaufen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) mittels einer dritten senkrechten Lineareinheit (6) höhenverstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Lineareinheit (6) längsverschieblich entweder mit der ersten (5) oder der zweiten Linieareinheit (2) gekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) auf einer weiteren Achse verschiebbar gelagert ist, welche senkrecht zur Achse der ersten oder zweiten Lineareinheit in gleicher Ebene verläuft.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lineareinheiten eigene Antriebe (3, 4, 15) aufweisen, daß die Ansteuerung von der Steuervorrichtung (40) nach vorgegebenen Koordinatendaten erfolgt, und daß durch einen Regelkreis die zweite Lineareinheit (2) soweit vorgeschoben wird, bis der ermittelte Anlagedruck des Werkzeugs (8) dem Solldruck im Bearbeitungspunkt entspricht, wobei bei stetiger Fortbewegung durch Koordinatennachsteuerung entweder des Formteils (11) oder der Lineareinheiten (2, 6) das Werkzeug (8) der Oberfläche oder dem Kantenverlauf (48) des Formteils (11) folgt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe elektrische Schrittmotore sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (11) auf einem Drehtisch (14) befestigt ist, der schrittweise und/oder kontinuierlich von einem weiteren Antrieb (13) in Abhängigkeit von Steuerdaten der Steuervorrichtung und/oder in Abhängigkeit von den vorgegebenen Bearbeitungskoordinaten sich dreht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (13) ein Schrittmotor ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halter und dem Träger eine Abstandsverstellvorrichtung mit einem motorischen Antrieb zur Veränderung des Abstandes des Halters gegenüber dem Träger vorgesehen ist (Fig. 4), daß nach dem Anfahren des Bearbeitungskopfes mit dem Bearbeitungswerkzeug auf eine fest vorgegebene Koordinate der Halter mit der Abstandsverstellvorrichtung verschoben wird, bis der gewünschte Anlagedruck des Bearbeitungswerkzeuges an dem Bearbeitungspunkt erzielt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Hubes ein Potentiometer vorgesehen ist, dessen Verstellelement mit dem beweglichen Halter gekoppelt ist, und dessen anderer Teil an dem Träger befestigt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß optische oder magnetische Sensoren vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von dem Hub des Halters gegenüber dem Träger optische, magnetische oder elektrische Signale generieren.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung ein zweiter Bearbeitungskopf in miteinander gekoppelten oder gemeinsamen Linearachsen parallel mitgeführt ist.

18. Verfahren zur Steuerung der Koordinaten des Bearbeitungskopfes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatendaten in einem ersten Verfahrens schritt die Abtastung der zu bearbeitenden Kanten oder Flächen des Formteils durch direkte Übertragung der Bewegung der manuell oder durch Handsteuerung oder durch Anlagendruckmessung und automatischen Vorschub abgetasteten Oberfläche oder Kantenverläufe in einen Speicher eingegeben werden, daß in einem zweiten Verfahrens schritt anhand der ermittelten oder von einer CAD-Anlage vorgegebenen Steuerdaten die Lineareinheit und/oder die Schwenkeinheiten und/oder der Drehtisch auf die jeweilige Koordinate in bezug auf das Formteil gebracht werden, in welchem Koordinatenbereich die Bearbeitung der Kante oder der Oberfläche bzw. Innenfläche erfolgen soll, und daß in einem weiteren Verfahrens schritt die erste Lineareinheit durch nachgesteuerte anlagedruckabhängige Abtastung und Nachsteuerung zum Erhalt des Sollwertes des Anlagedruckes des Bearbeitungswerkzeuges nachgesteuert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerprogramm das Anfahren der entsprechenden Bearbeitungskoordinaten des Bearbeitungswerkzeuges des Bearbeitungskopfes bewirkt, und daß in einem Regelungsprogramm die Nachführung des Bearbeitungskopfes erfolgt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug ein rotierendes Schleifwerkzeug ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug ein rotierender Fräskopf ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug ein rotierendes Polierwerkzeug ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Verwendung der Vorrichtung als Entgratungsvorrichtung für Kunststoffteile.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkopf eine zylinderförmige Oberfläche aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Bearbeitungskopfes ein Elektromotor oder ein pneumatischer Antriebsmotor ist.