DE4401496C3 - Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkonturen - Google Patents

Description

Gattung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugschneiden-Ver­ stelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen und/oder Au­ ßenkonturen.

Stand der Technik Innenbearbeitung mit drehendem Werkzeug

• 1. Für die Bearbeitung von hochgenauen Bohrungen muß eine Schneiden-Abhebeeinrichtung eingesetzt werden, da ansonsten beim Herausfahren der Schneide aus der Bohrung Riefen in die bearbeitete Oberfläche gekratzt werden.
  Üblicherweise wird dazu eine hydraulisch/pneuma­ tisch verstellbare Einrichtung, z. B. der Firma SAMSO­ MATIC, verwendet. Mit dieser Einrichtung können zy­ lindrische Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser hergestellt werden (Prospekt der Firma Samsomatic "Werkzeugkorrektursystem - Stellelement für die Feinbohrbearbeitung", Ausgabe Juli 1982, T 904).
  Ebenfalls zylindrische Bohrungen verschiedener Durchmesser können mit dem "Präzisionsbearbeitungs­ system AUTOCOMP" der Firma SANDVIC gefertigt werden (Z.: Drehteil + Drehmaschine 5192 - "Kon­ trolliertes Feindrehen und Feinbohren für gleichblei­ bende Produktqualität", Seite 42-44).
• 2. Unrunde Bohrungen werden von einer Firma mit einer selbst entwickelten Verstelleinrichtung auch schon gefertigt. Die Geometrie der Bohrung, z. B. eine Ellipse oder ein Polygon wird mit einer Mechanik auf die Werkzeugschneide(n) übertragen. Die zu erzeugen­ de Bohrungsgeometrie ist entsprechend vergrößert als Wellenlinie (Berg und Tal) in eine Planscheibe eingear­ beitet. Die Planscheibe ist auf der dem Werkzeug entge­ gengesetzten Seite der Hauptspindel koaxial drehfest angeordnet. Über mit der Hauptspindel verbundenen (mitdrehenden) Kulissensteinen wird die Planscheibe abgetastet und die Auslenkung mechanisch (Gelenk) auf die Werkzeugschneide übertragen. Die Bohrstange wird bei dieser Verstelleinrichtung auf deren freiem En­ de, z. B. mit einer Zentrierspitze auf einem Reststock, abgestützt. Bei höheren Drehzahlen ist wegen der auf­ tretenden Trägheitsmassenkräfte der Prozeß nicht mehr beherrschbar.
  Es ist auch eine NG-Formdreheinrichtung vorbe­ kannt, mit der ebenfalls unrunde Bohrungen hergestellt werden können. Die Werkzeugspindel ist in einer eigen­ gelagerten Exzenterspindel drehbar gelagert. Die Boh­ rungsgeometrie wird durch geeignete Drehzahlkombi­ nationen beider Spindeln und der daraus resultierenden Parallelverschiebung der Werkzeugspindelachse aus der theoretischen Mitte erzeugt (Z: dima 3/92 - "Ferti­ gungstechnisches Kolloquium weist neue Wege", S. 54).
• 3. Nicht zylindrische Bohrungen werden im Regelfall über ein Lineal kopiert.

Weiterhin kann die Schneide hydraulisch/pneuma­ tisch (z. B. Firma SAMSOMATIC) oder elektromecha­ nisch (z. B. Firma SANDVIG) während der Bearbeitung verstellt werden.

Außenbearbeitung mit stehendem Werkzeug

Das übliche Verfahren für das Außendrehen unrun­ der Geometrien war über lange Zeit das Kopieren von einer mit dem Werkstück synchron drehenden Meister­ welle. Dabei wird über Kulissensteine mechanisch die Schneide ausgelenkt.

Mehrere Firmen stellen spezielle Außendrehmaschi­ nen mit einer elektrohydraulischen Verstelleinrichtung des Werkzeugs her. Konkret wird damit ein Schlitten in Abhängigkeit der Winkelstellung des Werkstücks senk­ recht zur Drehachse verfahren, auf dem das Werkzeug fest montiert ist.

Neueste Entwicklungen sind die

• a) Werkzeugverstellung über einen mit einem Line­ armotor angetriebenen Schlitten, und die
• b) Werkzeugverstellung mittels PIEZO-Translator
  • 1. zu a) Ein Unternehmen hat dazu eine solche Schneidenverstelleinrichtung entwickelt. We­ sentliche Verbesserungen gegenüber den vor­ genannten Einrichtungen sind die deutlich hö­ here Spindeldrehzahl sowie die Oszillations­ frequenz (Z.: dima 3/92 - "Trends bei Direkt­ antrieben für Werkzeugmaschinen und Indu­ strieroboter", S. 56 bis 59).
  • 2. zu b) Ein weiteres Unternehmen hat in seiner Hauszeitschrift ein Werkzeugschneiden-Fein­ verstellsystem mittels PIEZO-Translator vor­ gestellt. Die Verstelleinrichtung ist dabei in ei­ nen Standard-Werkzeughalter integriert (Z.: Position + Bewegung - Ausgabe 14, Septem­ ber 1992 S. 1 und 2).
    Dieses System ermöglicht zwar eine hohe Ein­ stellgenauigkeit, jedoch ist durch die genannte geringe Grenzfrequenz die Bearbeitung un­ runder Außengeometrien nur eingeschränkt möglich. Das System eignet sich besser für nicht zylinderförmige Außengeometrien.

Aus der DE 32 45 053 A1 ist eine Werkzeugmaschine vorbekannt, bei der ein Werkstück und ein Werkzeug relativ zueinander rotieren, um eine Bearbeitung am Werkstück durchzuführen, von der Art, die einen an einem Ende eingespannten länglichen Werkzeughalter mit einem am anderen Ende befestigten Werkzeug ent­ hält, wobei Einrichtungen zur Ablenkung des Werk­ zeughalters zwischen dem eingespannten Ende und der Werkzeughalterung auf den Werkzeughalter einwirken, um so den Werkzeughalter während der Bearbeitung zur Variation der Lage des Werkzeugs relativ zum ein­ gespannten Ende um einen bestimmten Betrag abzulen­ ken. Der Werkzeughalter wird aus zwei Seite an Seite miteinander verbundenen länglichen Gliedern aus ver­ schiedenen Werkstoffen gebildet, wobei die Einrichtun­ gen zur Ablenkung des Halters Einrichtungen zur Er­ zeugung eines Magnetfeldes um den Werkzeughalter enthalten und die Werkstoffe dieser Glieder so sind, daß die durch das Magnetfeld verursachte magnetostriktive Längenänderung der Glieder die genannte Ablenkung des Werkzeughalters erzeugt. Die Magnetfeldeinrich­ tungen enthalten eine Spule, die zwischen dem einge­ spannten Ende und der Werkzeughalterung um den Werkzeughalter angeordnet ist. Es ist außerdem ein Kühlsystem vorgesehen, um die Temperatur des Werk­ zeughalters während der Bearbeitung im wesentlichen konstant zu halten. Des weiteren weist diese Werkzeug­ maschine eine Dämpfungsanordnung zur Unterdrückung unerwünschter Ablenkungen des Werkzeughal­ ters auf. Während der Bearbeitung rotiert der Werk­ zeughalter um seine ganze Länge, während das Werk­ stück feststeht. Es ist allerdings auch offenbart, das der Werkzeughalter nicht rotiert und das Werkstück wäh­ rend der Bearbeitung rotiert. Der Werkzeughalter wird somit gewissermaßen durch das Magnetfeld "verbogen" und somit direkt ausgelenkt.

Aus der DE-OS 20 56 071 ist eine hydraulische Nach­ stellvorrichtung für Werkzeuge vorbekannt, die da­ durch gekennzeichnet ist, daß ein Nachstellelement vor­ gesehen ist, dessen eines Ende auf einer über einen Hy­ draulikzylinder verstellbaren Schrägfläche gleitet. Das Nachstellelement ist als Stößel ausgebildet und in einer zur Längsachse des Hydraulikzylinders senkrechten Bohrung geführt und wirkt mit seinem zweiten Ende auf ein bewegliches, das Werkzeug tragende Ende der Werkzeughalterung ein. Der Hydraulikzylinder ist dop­ pelt wirkend ausgebildet. Die hydraulische Nachstell­ vorrichtung dient zur schrittweisen Bewegung eines Werkzeuges, und zwar zur Kompensation von Tempe­ raturschwankungen und Werkzeugverschleiß. Tempe­ raturschwankungen und Werkzeugverschleiß sind zwar instationäre, jedoch quasi-statische Vorgänge.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum hochge­ nauen spanenden Bearbeiten runder, unrunder und/­ oder nicht zylindrischer Innen- und/oder Außengeome­ trien beliebiger Funktion mit drehendem oder stehen­ dem Werkzeug zu schaffen, die frei programmierbar ist und eine absolut spielfreie Werkzeugschneiden-Verstel­ lung ermöglicht bei hoher Auslenkungsfrequenz.

Lösung

Die Aufgabe wird nach Patentanspruch 1 gelöst.

Einige Vorteile

Unrunde und auch nicht zylinderförmige Werkstück- Geometrien erfordern Werkzeugschneiden-Auslenkun­ gen unterschiedlicher Stellwege. Dies bedeutet, daß die Schneide mehr oder weniger weit ausgelenkt werden muß was durch "Drücken" bzw. "Ziehen" möglich ist.

PIEZO's können eigentlich nur auf Druck bean­ sprucht werden, da der Quarz bzw. die Verbindung mit dem erforderlichen mechanischen Übertragungsele­ ment nur geringe Zugspannungen erlaubt. Zum Beispiel kann bei der Erfindung ein PIEZO eingesetzt werden, der eine maximale Druckkraft von 3.000 N bringt, aber nur etwa 700 N ziehen könnte. Bei der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch umgangen, daß mit dem PIEZO nur Druckkräfte auf das U-Gelenk ausgeübt werden und es damit verformen. Da die maximale Verformung weit innerhalb des elastischen Bereiches des Gelenk­ werkstoffes, z. B. Stahl, liegt, federt das Gelenk bei Weg­ nahme oder Reduzierung der Druckspannung automa­ tisch wieder in seine Ausgangslage zurück. Damit kein undefinierter Verformungszustand eintreten kann, wird mit einer entsprechenden Vorspannung gearbeitet. Mit dieser Vorgehensweise wird sichergestellt, daß das Sy­ stem absolut spielfrei ist.

Das Festkörper-Gelenk in U-Form bildet somit ein federndes Rückstellelement.

Durch die Nutzung des Hebeleffekts wird die (zu) geringe Dehnung des PIEZO's in den zur Bearbeitung erforderlichen Schneidenstellweg übersetzt.

Durch die Anordnung eines externen Meßgliedes am Festkörper-Gelenk im Bereich der offenen U-Schenkel können jegliche Verformungen des Gelenks, also

• - der IST-Stellweg des PIEZO's
• - die Verlagerung des Werkzeugs durch Flieh­ kraft
• - die Verlagerung des Werkzeugs durch Aufmaß­ schwankungen
• - Temperaturdehnungen des Festkörper-Gelenks

exakt gemessen und im Regelkreis entsprechend korri­ giert werden.

Eine nicht zylinderförmige und zugleich unrunde Bohrung (ähnliches gilt auch für die Herstellung von Außengeometrien) kann z. B. mit 2048 unterschiedli­ chen Schneidenauslenkungen (Stützstellen) pro Werk­ zeugspindel-Umdrehung und mit 100 Stützstellen pro Millimeter im Bohrungsvorschub hergestellt werden.

Des weiteren ist das System frei programmierbar. Die zu bearbeitende Geometrie kann in dem Zylinder-Ko­ ordinatensystem beliebig vorgegeben werden.

Zusammengefaßt besitzt eine erfindungsgemäße Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung folgende vor­ teilhafte Eigenschaften:

• - Genauigkeitsbearbeitung in spanender Formge­ bung mit drehendem und stehendem Werkzeug
• - Herstellung runder Werkstück-Geometrien
• - Herstellung unrunder Werkstück-Geometrien beliebiger Funktion
• - Herstellung zylinderförmiger Werkstück-Geo­ metrien
• - Herstellung nicht zylinderförmiger Werkstück- Geometrien beliebiger Funktion
• - Herstellung unrunder und zugleich nicht zylin­ derförmiger Werkstück-Geometrien
• - Absolut spielfreie Werkzeugschneiden-Verstel­ lung
• - Werkzeugschneidenauslenkung bzw. -korrektur in Schritten kleiner als 0,00001 mm (1/100 Mikro­ meter) programmierbar
• - Werkzeug für die Bearbeitung von Bohrungen muß nicht abgestützt werden (fliegend)
• - Abheben der Werkzeugschneide nach Bearbei­ tungsende (Rückziehen aus der Bohrung)
• - Hohe Auslenkungsfrequenz von z. B. 600 Hz für unrunde bzw. nicht Zylinderförmige Werkstück- Geometrien
• - Verstelleinrichtung absolut verschleißfrei Automatische Kompensation
• - des Werkzeugspindel-Rundlauffehlers
• - der Fliehkraft aus Wuchtfehlern und Schneiden­ auslenkung beim drehenden Werkzeug
• - der Gewichtskraft am drehenden Werkzeug (statische Absenkung der einseitig eingespannten Bohrstange = Biegebalken)
• - von Aufmaßschwankungen (= IST-Toleranz der zu bearbeitenden Geometrie)
• - von unterschiedlichen Werkzeugschneidenbela­ stungen, z. B. beim unterbrochenen Schnitt
• - thermischer Verlagerungen der Werkzeugver­ stelleinrichtung.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die werkzeugunabhängige Systemgenauigkeit.

Während somit ein Durchschnittsfachmann bisher zu der Überzeugung gelangen mußte, daß ein PIEZO als Stellglied einen zur Bearbeitung eines Werkstücks nicht ausreichenden Stellweg aufweist, wird nun durch die besonderen, in der Erfindung vorgeschlagenen Merk­ male, zum Beispiel durch das Übersetzungsverhältnis (Hebelarme) und dem erforderlichen Werkzeugschnei­ den-Verstellweg dies ermöglicht. Bei der Erfindung er­ füllt somit ein Festkörpergelenk mit U-förmiger Grund­ gestalt eine dynamische Funktion, nämlich die Rück­ stellbewegung des Werkzeuges wird absolut spielfrei ausgeführt.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

In den Patentansprüchen 1 bis 4 sind weitere vorteil­ hafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Das am Festkörper-Gelenk im Bereich der offenen U-Schenkel angeordnete Meßglied in Form eines Weg­ aufnehmers kann an dieser Stelle die in den oben aufge­ listeten Eigenschaften unter "automatischer Kompensa­ tion" aufgeführten Fehler am besten und am sichersten messen. Die Meßsignalübertragung erfolgt über Schleif­ ringläufer.

Die Drehwinkellage der Werkzeugschneide zum Werkstück wird mit einem Winkel-Absolutwertgeber ermittelt. Die genaue Kenntnis der Drehwinkellage ist absolute Voraussetzung zur Herstellung unrunder Werkstückgeometrien, z. B. einer Ellipse.

Der Weg-Absolutwertgeber ist zum Herstellen nicht zylindrischer Werkstückgeometrien, z. B. eines logarith­ mischen Profils, Voraussetzung. Dieser Geber übermit­ telt die exakte Position der Werkzeugschneide während des Längsvorschubs am Werkstück.

Der vom Meßglied ermittelte IST-Wert wird im Reg­ ler mit dem SOLL-Wert verglichen und das Steuersignal entsprechend angepaßt. Dies ermöglicht auch die auto­ matische Kompensation der weiter oben beschriebenen Fehler.

Der Verstärker ist wegen der für den Betrieb des PIEZO's notwendigen hohen Stellspannung erforder­ lich.

Der SOLL-Wert der zu bearbeitenden Geometrie wird von einem geeigneten schnellen Rechner, z. B. ei­ nem Personalcomputer (PC), vorgegeben. Dabei wer­ den die Signale der Absolutwertgeber in Echtzeit mit den in einem schnell auslesbaren Speicher tabellarisch abgelegten Stützstellen der Winkelposition und des Längsvorschubs der Werkzeugschneide absolut zum Werkstück verglichen und die zu diesen Parametern gehörige Geometriestützstelle als SOLL-Wertvorgabe der Werkzeugschneidenauslenkung ausgelesen. Im Be­ darfsfall ist aber auch eine NC-Steuerung anwendbar.

Bei der erfindungsgemäß realisierten Werkzeugspin­ del-Drehzahl von 6000 l/min kann dieser Prozeß mit einer Frequenz von 600 Hz sicher ablaufen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise ver­ anschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine beispielsweise zu bearbeitende Werk­ stückgeometrie mit Teilschnitten;

Fig. 2 Meßschrieb eines von der erfindungsgemäßen Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung bearbeiteten Polygons;

Fig. 3 einen Regelkreis zum Bohren in schematischer Darstellung;

Fig. 4 einen Regelkreis zum Drehen in schematischer Darstellung;

Fig. 5 eine als Waage ausgebildete Ausführungsform des es Festkörpergelenks mit unausgelenkter Bohrstange, teils in der Ansicht, teils im Schnitt;

Fig. 6 eine als Waage ausgebildete Ausführungsform eines Festkörpergelenks mit ausgelenktem Drehwerk­ zeug, teils in der Ansicht, teils im Schnitt und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Mit dem Bezugszeichen 1 sind in den Fig. 5 bis 7 PIEZO-Translatoren bezeichnet, denen elektrische Leitun­ gen 2 zugeordnet sind.

Die PIEZO-Translatoren 1 sind über einen Flansch 3 und mehrere über den Umfang des Flansches verteilt ange­ ordnete Schrauben 4 mit einem Festkörper-Gelenk 5 verbunden, das in einem axial geführten Längsschnitt etwa die Form eines U aufweist.

Das Festkörper-Gelenk 5 besteht z. B. aus härtbarem Stahl, Kohlefaserverbundwerkstoffen, einem geeigne­ ten Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff.

Das Festkörper-Gelenk 5 weist Schenkel 6 und 7 auf, die durch einen Steg 8 materialmäßig einstückig mitein­ ander verbunden sind. Der Steg 8 dient als Drehpunkt. Im Bereich der offenen Schenkel sind Weg-Meßglieder 9, z. B. Wegaufnehmer, befestigt.

Des weiteren weist das Festkörper-Gelenk 5 z. B. ei­ nen Flansch 10 auf, der mit über seinem Umfang verteil­ ten Schrauben 11 an einer motorisch angetriebenen Werkzeugspindel 12 befestigt wird (Fig. 5).

Mit dem Festkörper-Gelenk 5 ist bei dieser Ausbil­ dung außerdem eine Bohrstange 15 lösbar verbunden. In Ruhestellung ist die Längsachse 16 der Bohrstange 15 koaxial zur Längsachse des Festkörper-Gelenkes 5.

In modifizierter Gestaltung ist das Werkzeug 25 or­ thogonal zu den Längsachsen 30 der Piezo-Translatoren 1 im beweglichen Schenkel 7 lösbar angeordnet (Fig. 5). Diese Vorrichtung wird beim Drehen eingesetzt, bei dem das Werkzeug stillsteht und sich das Werkstück dreht. Demgegenüber wird die z. B. aus Fig. 5 ersichtli­ che Vorrichtung beim Bohren eingesetzt, bei dem sich das Werkzeug dreht und das Werkstück ruht.

Die PIEZO-Translatoren 1 greifen außerdem mit einem zylindrischen Fortsatz 17 in Bohrungen 18 des Fest­ körper-Gelenkes 5 ein und besitzen an ihrem Ende einen Druckaufnahmekörper 19, der über ein Kugelstück 20 und eine Druckaufnahme 21 sich gegen den federela­ stisch verformbaren Schenkel 7 abstützt.

Mit a ist der von der Mitte des Steges 8 bis zu einer Werkzeugschneide 22 gemessene Hebelarm und mit b oder c der von der Mitte der Piezo-Translatoren zur Längsachse 16 gemessene Hebelarm bezeichnet. Wie man erkennt, ist a um ein Vielfaches größer als b, beispielsweise fünf bis zwölfmal so groß. Die Hebel a wie b und c sind z. B. gleich.

Mit dem Winkel α ist in Fig. 6 ein möglicher Auslenk­ winkel der Längsachse 16 des Werkzeuges gegenüber der Ruhestellung bezeichnet.

Die Fig. 1 zeigt ein Werkstück, das mit einer erfin­ dungsgemäßen Werkzeugschneiden-Verstelleinrich­ tung zu bearbeiten ist. Die Teilschnitte A-A bis D-D zeigen orthogonal zur Längsachse geführte Querschnit­ te des aus Fig. 1 ersichtlichen Werkstücks.

Fig. 2 zeigt den Meßschrieb einer Unrund-Geometrie, die mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugschnei­ den-Verstelleinrichtung bearbeitet worden ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Regelkreise für eine erfin­ dungsgemäße Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 5 und 6 sind die Längsachsen 30 der Piezo-Translatoren 1 an einem Körper parallel zueinander angeordnet, die sich über die Druckaufnahmekörper 19 gegen das betreffende Kugelstück 20 abstützen. Die Kugelstücke 20 und die Druckaufnahmekörper 19 sind jeweils ko­ axial zur Längsachse des zugehörigen PIEZO-Transla­ tors 1 angeordnet. Diese Längsachsen schneiden ortho­ gonal bei nicht ausgelenktem Schenkel 7 eine in Längs­ achsrichtung des Schenkels 7 verlaufende Längsachse 16 und bilden die Hebelarme b und c.

Die PIEZO-Translatoren wirken nach Art einer Waa­ ge. Die Zustellbewegung der Werkzeugschneide 22 wird dabei von dem einen PIEZO-Translator, z. B. dem unteren, erzeugt, während der andere PIEZO-Transla­ tor den Rückstellhub ausführt. Beide PIEZO-Translato­ ren wirken dabei mit gleichen Druckkräften auf den Schenkel 7.

Das Festkörpergelenk 5 befindet sich zwischen den beiden PIEZO-Translatoren im Übergangsbereich des Körpers 31 zum Schenkel 7.

Auch bei diesen Ausführungsformen ist im Bereich der offenen Schenkel ein Weg-Meßglied 9, z. B. ein Wegaufnehmer, angeordnet.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 7 bei der ebenfalls für Teile gleicher Funktion die gleichen Be­ zugszeichen über den vorbeschriebenen Ausführungs­ formen verwendet wurden. Diese Ausführungsform un­ terscheidet sich von den vorbeschriebenen dadurch, daß ein erster und ein zweiter Körper 32 und 33 einen rechten Winkel mit ihren Längsachsen zueinander bilden. In jedem der Kör­ per 32 und 33 ist eine Bohrung angeordnet, die jeweils einen PIEZO-Translator 1 aufnimmt. Die Längsachsen 30 der PIEZO-Translatoren 1 schneiden sich rechtwink­ lig zueinander oberhalb des Festkörpergelenkpunktes 5 im Schenkel 7 und bilden die Hebelarme b und c, die vorzugsweise gleich sind. Jeder PIEZO-Translator 1 stützt sich über je einen Druckaufnahmekörper 19 auf einen Kugelkörper 20 ab. Die Längsachsen der Kugel­ stücke 20 schneiden sich ebenfalls rechtwinklig im Schenkel 7. Auch hier ist das Prinzip der Waage ver­ wirklicht.

Bezugszeichenliste

1

PIEZO-Translator

2

Leitung

3

Flansch

4

Schraube

5

Festkörper-Gelenk

6

Schenkel

7

Schenkel

8

Steg

9

Weg-Meßglied

10

Flansch

11

Schraube

12

Werkzeugspindel

13

-

14

-

15

Bohrstange, Werkzeug

16

Längsachse

17

Fortsatz

18

Bohrung

19

Druckaufnahmekörper

20

Kugelstück

21

Druckaufnahme

22

Werkzeugschneide

23

Werkzeugträger

24

Werkstück

25

Werkzeug, Drehwerkzeug

26

-

27

-

28

Drehspindel

29

Längsmittenachse

30

Längsachse

31

Körper

32

Körper, erster

33

Körper, zweiter
a Hebelarm
b Hebelarm
c Hebelarm
α Auslenkwinkel

Claims (4)

1. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkonturen, wobei ein Werkzeug (15; 25) relativ gegenüber ei­ nem Werkstück (24) verstellbar ist, mit einer frei­ programmierbaren Steuerung zur Regelung aller zur Bearbeitung des Werkstücks (24) erforderli­ chen Bewegungsvorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (15; 25), wobei ein Festkörper­ gelenk (5) derart ausgebildet ist, daß ein Schenkel (7) und ein Körper (31) einstückig von einem Steg (8) verbunden sind wobei durch den Mittelpunkt des Steges (8) eine Schwenkgelenkachse für den beweglichen Schenkel (7) verläuft und die Längs­ achse des Schenkels (7) orthogonal zu einer durch den Mittelpunkt des Festkörpergelenks und dem damit verbundenen Körper (31) verlaufenden Mit­ tellinie angeordnet ist, auf deren beiden Seiten je ein PIEZO-Translator (1) angeordnet ist, wobei die Längsachsen (30) der PIEZO-Traantoren (1) par­ allel oder unter einem Winkel zueinander und orthogonal bzw. unter einem Winkel zur Längsachse des Schenkels (7) verlaufen, wobei die PIEZO- Translatoren (1) über je einen Druckaufnahmekör­ per (19) auf mit dem Schenkel (7) verbundenen Ku­ gelstücken (20) einer Druckaufnahme (21) nach Art einer Waage einwirken, wobei die Längsmittenach­ sen der Druckaufnahmekörper (19) und der Kugel­ stücke (20) ebenfalls parallel bzw. unter einem Winkel zueinander und in nicht ausgelenkter Lage koaxial zu den Längsach­ sen der PIEZO-Translatoren (1) gerichtet sind, wo­ bei der von der Mitte des Steges (8) bis zu der Werkzeugschneide (22) geradlinige Hebelarm (a) um ein Mehrfaches größer ist als der geradlinig von der Mitte des Steges (8) und orthogonal bis zu der durch die das Ku­ gelstück (20) und die Druckaufnahme (21) verlau­ fenden Längsmittenachse gebildete Abstand (b), und wobei im Bereich des Steges (8) ein Weg-Meß­ glied (9) angeordnet ist.

2. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1; wobei das Festkörper­ gelenk (5) mit einem Grundhalter einstückig oder lösbar verbunden ist, der in einem Werkzeugträger (23) eingreift und mit diesen kraft- und/oder form­ schlüssig verbunden ist, wobei das Werkzeug (15; 25) orthogonal zur Längsmittenachse (29) des Fest­ körpergelenkes (5) am Schenkel (7) lösbar angeord­ net ist.

3. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach ei­ nem der Ansprüche 1 oder 2, für ein Bohrwerkzeug, wobei

• a) eine Meßsignalübertragung über einen Schleifringläufer erfolgt;
• b) eine Drehwinkellage der Werkzeugschnei­ de (22) mit einem Winkel-Absolutwertgeber, der auf einer Werkzeugspindel (12) befestigt ist, ermittelt wird;
• c) ein Weg-Absolutwertgeber die exakte Posi­ tion der Werkzeugschneide (22) während des Längsvorschubes in der Bohrung weiterleitet;
• d) ein von dem Weg-Meßglied (9) ermittelter IST-Wert in einem Regler mit einem SOLL- Wert verglichen und ein Steuersignal entspre­ chend angepaßt wird;
• e) ein Verstärker vorgesehen ist;
• f) der SOLL-Wert der zu bearbeitenden Geo­ metrie von einem schnellen Rechner vorgege­ ben wird und dabei die Signale der Absolut­ wertgeber in Echtzeit mit den in einem schnell auslesbaren Speicher tabellarisch abgelegten Stützstellen der Winkelposition und der Längsposition der Werkzeugschneide (22) zum Werkstück (24) verglichen und die zu die­ sen Parametern gehörige Geometrie-Stütz­ stelle als SOLL-Wert ausgegeben wird.

4. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach ei­ nem der Ansprüche 1 oder 2 für ein Drehwerkzeug, wobei

• a) eine Drehwinkellage des Werkstücks (24) zur Werkzeugschneide (22) mit einem Winkel- Absolutwertgeber, der auf einer Drehspindel (28) befestigt ist, ermittelt wird;
• b) ein Weg-Absolutwertgeber die exakte Posi­ tion des Werkstücks (24) zur Werkzeugschnei­ de (22) während des Längsvorschubs weiterlei­ tet;
• c) ein von dem Weg-Meßglied (9) ermittelter IST-Wert in einem Regler mit einem SOLL- Wert verglichen und ein Steuersignal entspre­ chend angepaßt wird;
• d) ein Verstärker vorgesehen ist;
• e) der SOLL-Wert der zu bearbeitenden Geo­ metrie von einem schnellen Rechner vorgege­ ben wird und dabei die Signale der Absolut­ wertgeber in Echtzeit mit den in einem schnell auslesbaren Speicher tabellarisch abgelegten Stützstellen der Winkelposition und der Längsposition der Werkzeugschneide (22) zum Werkstück (24) verglichen und die zu die­ sen Parametern gehörige Geometrie-Stütz­ stelle als SOLL-Wert ausgegeben wird.