DE9422389U1 - Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum hochgenauen Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkonturen - Google Patents

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

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Claims (15)

1. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum hochgenauen Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkonturen, wobei entweder das Werkzeug (25) gegenüber dem Werkstück (24) als Hauptbewegung eine Drehbewegung oder das Werkstück (24) gegenüber dem Werkzeug (25) als Hauptbewegung eine Drehbewegung ausführt, mit einer frei programmierbaren Regelung aller zur Bearbeitung des Werkstücks (24) erforderlichen Bewegungsvorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (25), wobei ein als federndes Rückstellelement ausgebildetes Festkörper-Gelenk (5) von etwa U- förmiger Grundgestalt mit zwei Schenkeln (6, 7) ausgebildet ist, die durch einen Steg (8) materialmäßig einstückig miteinander verbunden sind, derart, daß der eine Schenkel (6) einen Flansch (10) aufweist, mit dem das Festkörper-Gelenk (5) fest, aber lösbar an einer Werkzeugspindel (12) oder fest, aber lösbar mit einem Werkzeugträger (23) und der andere, federelastisch bewegliche Schenkel (7) mit einer Bohrstange (15) lösbar oder einem Drehwerkzeug (25) verbunden ist, und daß im Bereich des die U-Schenkel verbindenden Stegs (8) ein Weg-Meßglied (9), zum Beispiel ein Wegeaufnehmer oder dergleichen angeordnet ist, wobei mit dem einen, mit der Werkzeugspindel (12) oder dem Werkzeugträger (23) fest verbundenen U-Schenkel (6) des Festkörper-Gelenks (5) ein Piezo- Translator gekuppelt ist, der sich über einen Druckaufnahmekörper (19) biege- bzw. drehmomentfrei gegen den federelastisch verformbaren U- Schenkel (7) abstützt, wodurch nur Druckkräfte auf das U-Gelenk ausübbar sind, die es innerhalb des elastischen Bereiches des Gelenkwerkstoffes verformen, derart, daß bei Wegnahme oder Reduzie­ rung der Druckspannung das Gelenk automatisch wieder in seine Aus­ gangslage zurückfedert, wobei zwecks Vermeidung undefinierbarer Verformungszustände mit einer entsprechenden Vorspannung gearbeitet wird, so daß das System spielfrei ist, wobei der von der Mitte des die U- Schenkel verbindenden Steges (8) bis zur Werkzeugschneide (22) parallel zur Längsmittenachse (16) gemessene Hebelarm (a) um ein Vielfaches größer ist, als der von der Mitte des Steges (8) rechtwinklig bis zur Längs­ mittenachse (16) des Piezos (1) gemessene Hebelarm (b).
2. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum hochgenauen Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkonturen, wobei entweder das Werkzeug (25) gegenüber dem Werkstück (24) als Hauptbewegung eine Drehbewegung oder das Werkstück (24) gegenüber dem Werkzeug (25) als Hauptbewegung eine Drehbewegung ausführt, mit einer frei programmierbaren Regelung aller zur Bearbeitung des Werkstücks erforderlichen Bewegungsvorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (25), wobei ein als federndes Rückstellelement ausgebildetes Festkörper-Gelenk (5) von etwa U- förmiger Grundgestalt mit zwei Schenkeln (6, 7) ausgebildet ist, die durch einen Steg (8) materialmäßig einstückig miteinander verbunden sind, derart, daß der eine Schenkel (6) einen Flansch (10) aufweist, mit dem das Festkörper-Gelenk (5) fest, aber lösbar an einer Werkzeugspindel (12), oder fest, aber lösbar mit einem Werkzeugträger (23) und der andere federelastisch bewegliche Schenkel (7) mit einer Bohrstange (15) lösbar oder einem Drehwerkzeug (25) verbunden ist, und daß dem U-förmigen Festkörper-Gelenk (5) ein Meßglied (9) zugeordnet ist, wobei mit dem einen mit der Werkzeugspindel (12) oder dem Werkzeugträger (23) fest verbundenen U-Schenkel (6) des Festkörper-Gelenkes (5) ein Piezo- Translator (1) gekuppelt ist, der sich über einen Druckaufnahmekörper (19) biege- bzw. drehmomentfrei gegen den federelastisch verformbaren U-Schenkel (7) abstützt, wodurch nur Druckkräfte auf das U-Gelenk ausübbar sind, die es innerhalb des elastischen Bereiches des Gelenkwerkstoffes verformen, derart, daß bei Wegnahme oder Reduzie­ rung der Druckspannung das Gelenk automatisch wieder in seine Aus­ gangslage zurückfedert, wobei zwecks Vermeidung undefinierbarer Verformungszustände mit einer entsprechenden Vorspannung gearbeitet wird, so daß das System spielfrei ist, wobei der von der Mitte des die U- Schenkel verbindenden Steges (8) bis zur Werkzeugschneide (22) parallel zur Längsmittenachse (16) gemessene Hebelarm (a) um ein Vielfaches größer ist, als der von der Mitte des Steges (8) rechtwinklig bis zur Längs­ mittenachse (16) des Piezo-Translators (1) gemessene Hebelarm (b).
3. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum hochgenauen Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkonturen, wobei ein Werkzeug (25) relativ gegenüber einem Werkstück (24) verstellbar ist, mit einer frei programmierbaren Regelung aller zur Bearbeitung des Werkstücks (24) erforderlichen Bewegungsvorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (25), wobei ein Festkörper-Gelenk (5) derart ausgebildet ist, daß ein Schenkel (6, 7) und ein Festkörper einstückig durch einen Steg (8) verbunden sind, wobei durch den Mittelpunkt des Steges (8) eine Schwenkgelenkachse für den beweglichen Schenkel (7) verläuft und die Längsachse (16) des Schenkels (7) orthogonal zu einer durch den Mittelpunkt des Festkörper- Gelenkes (5) und dem damit verbunden Körper (31) verlaufenden Mittellinie (16) angeordnet ist, auf deren beiden Seiten je ein Piezo- Translator (1) angeordnet ist, wobei die Längsachsen der Piezo-Transla­ toren (1) parallel 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 Druckaufnahmekörper (19) auf mit dem Schenkel (7) verbundenen Kugelstücken (20) einer Druckaufnahme nach Art einer Waage einwirken, wobei die Längsmittenachsen der Druckaufnahmekörper (19) und der Kugelstücke (20) ebenfalls parallel bzw. unter einem Winkel zueinander und in nicht ausgelenkter Lage koaxial zu den Längsachsen der Piezo-Translatoren (1) gerichtet sind, wobei der von der Mitte des Steges (8) bis zu der Werkzeugschneide (22) parallel zur Längsachse des Schenkels (7) geradlinige Hebelarm (a) um ein Mehrfaches, vorzugsweise um ein Vielfa­ ches, größer ist, als der geradlinig und orthogonal von der Mitte des Steges bis zu dem durch das Kugelstück (20) und die Druckaufnahme verlaufenden Längsmittenachse gebildeten Abstand (b), und wobei im Bereich des Steges ein Weg-Meßglied (9) angeordnet ist.
4. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, wobei das Festkörper-Gelenk (5) mit einem Grundhalter (27) einstückig oder lösbar verbunden ist, der in einen Werk­ zeugträger (23) eingreift und mit diesem kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, wobei das Werkzeug (25) orthogonal zur Längsachse des Festkörper-Gelenkes (5) am Schenkel (7) lösbar angeordnet ist.
5. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der offenen U-Schenkel das Meßglied, zum Beispiel ein Wegaufnehmer (9), befestigt ist.
6. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (10) mit mehreren über seinen Umfang verteilten Schrauben (4) an der motorisch angetriebenen Werkzeugspindel (12) befestigt ist.
7. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das U- förmige Festkörper-Gelenk (5) aus einem härtbaren Stahl, aus Kohlenfaserverbundstoffen, einem geeigneten Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff, besteht.
8. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung eines externen Meßgliedes (9) am Festkörper-Gelenk (5) im Bereich der offenen U-Schenkel jegliche Verformung des Gelenks und damit eine automatische Kompensation des Werkzeug-Rundlauffehlers, der Fliehkraft aus Wuchtfehlern und Schneidenauslenkungen bei drehenden Werkzeugen, der Gewichtskraft am drehenden Werkzeug (statische Absenkung der einseitig eingespannten Bohrstange = Biegebalken) von Aufmaßschwankungen (= IST-Toleranz der zu bearbeitenden Geometrie), von unterschiedlichen Werk­ zeugschneidenbelastungen, z. B. bei unterbrochenem Schnitt, und die thermische Verlagerung der Werkzeugverstelleinrichtung exakt meßbar und im Regelkreis entsprechend korrigierbar sind.
9. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht-zy­ linderförmige und zugleich unrunde Bohrung oder Außengeometrien zum Beispiel mit 2048 unterschiedlichen Schneidenauslenkungen (Stützstellen) pro Werkzeugspindelumdrehung und mit 100 Stützstellen pro Millimeter im Bohrungsvorschub, herstellbar sind.
10. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugschneidenauslenkung bzw. -korrektur in Schritten kleiner als 0,00001 mm (1/100 Mikrometer) programmierbar sind.
11. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausle­ gungsfrequenz 600 Hz bei z. B. 6000 1/min. für unrunde bzw. nicht zylinderförmige Werkstück-Geometrien beträgt.
12. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der zu bearbeitenden Geometrien von einem geeigneten schnellen Rechner, zum Beispiel einem Personalcomputer, vorgebbar ist.
13. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Ruhestellung die Längsachse (16) einer Bohrstange (15) koaxial zur Längsachse des Piezo-Translators (1) angeordnet ist und orthogonal zu einer durch den als Drehpunkt dienenden Steg (8) verlaufenden Achse verläuft.
14. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, für ein Bohrwerkzeug, wobei
  • a) eine Meßsignalübertragung über einen Schleifringläufer erfolgt;
  • b) eine Drehwinkellage der Werkzeugschneide (22) mit einem Winkel- Absolutwertgeber, der auf einer Werkzeugspindel (12) befestigt ist, ermittelt wird;
  • c) ein Weg-Absolutwertgeber die exakte Position 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 Sollwert verglichen und ein Steuersignal entsprechend angepaßt wird;
  • e) ein Verstärker vorgesehen ist;
  • f) der Soll-Wert der zu bearbeitenden Geometrie von einem schnellen Rechner vorgegeben wird und dabei die Signale der Absolutwertgeber 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 diesen Parametern gehörige Geometrie- Stützstelle als Soll-Wert ausgegeben wird.
15. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, für ein Drehwerkzeug, wobei
  • a) eine Drehwinkellage des Werkstücks (24) zur Werkzeugschneide (22) mit einem Winkel-Absolutwertgeber, der auf einer Drehspindel (12) befestigt ist, ermittelt wird;
  • b) ein Weg-Absolutwertgeber die exakte Position des Werkstücks zur Werkzeugschneide während des Längsvorschubs weiterleitet;
  • c) ein von dem Weg-Meßglied (9) ermittelter IST-Wert in einem Regler mit einem Soll-Wert verglichen und ein Steuersignal entsprechend angepaßt wird;
  • d) ein Verstärker vorgesehen ist;
  • e) der Soll-Wert der zu bearbeitenden Geometrie von einem schnellen Rechner vorgegeben wird und dabei die Signale der Absolutwertgeber 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 diesen Parametern gehörige Geometrie- Stützstelle als Soll-Wert ausgegeben wird.
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