EP1329289A2 - Verfahren zur Finishbearbeitung von Werkstücken - Google Patents

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EP1329289A2
EP1329289A2 EP03000941A EP03000941A EP1329289A2 EP 1329289 A2 EP1329289 A2 EP 1329289A2 EP 03000941 A EP03000941 A EP 03000941A EP 03000941 A EP03000941 A EP 03000941A EP 1329289 A2 EP1329289 A2 EP 1329289A2
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machining
tool spindle
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Harald Dr.-Ing. Goldau
Peter Brust
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    • B24B49/00—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
    • B24B49/006—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 taking regard of the speed
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
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    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B51/00—Arrangements for automatic control of a series of individual steps in grinding a workpiece

Definitions

  • the invention relates to a method for finishing workpieces using a machining device which has a tool spindle for a machining tool and an NC-controlled feed device. wherein the workpiece-side pressing force of the machining tool is measured and the force measurement values are fed to the NC control, which determines the feed speed of the machining tool to the workpiece, and the finishing processing takes place in a force-controlled operating mode in which the feed speed is controlled as a function of the pressing force acting on the processing tool.
  • a method with the features described above is known from DE 199 52 805 A1.
  • a slide with an NC-controlled linear motor as Feed drive used as a delivery device for the processing tool a slide with an NC-controlled linear motor as Feed drive used.
  • the linear motor stands out characterized by a high dynamic and is dependent on the pressing force acting on the machining tool controlled.
  • the sled must be stored without friction, to enable precise, force-controlled feed movements.
  • the implementation of the known method is technically complex.
  • the invention has for its object a method for Specify finish machining of workpieces with the force-controlled feed movements of the processing tool with sensitively adjustable and precisely adhered to Pressing force is possible.
  • the process should also be feasible with mechanical delivery devices, whose actuating movements are subject to friction.
  • the object is achieved according to the invention in that a machining device is used, the tool spindle of which is movably supported on the infeed device on leaf springs in the direction of the infeed movement and which has a force measuring device which operates between the tool spindle and the infeed device and operates essentially without deformation, and that in the force-controlled operating mode with a clock control frequency predetermined by the NC control, the measured values of the force measuring device are assigned feed speed values, The assignment between the force and speed values is determined according to a damping function so that the infeed speed increases when the force measured value falls and decreases when the force measured value increases until the force measured value corresponds to a predetermined force setpoint within permissible tolerances.
  • the tool spindle on leaf springs supported which is aligned transversely to the feed direction are.
  • the vertically arranged and with a short free length clamped leaf springs are in the feed direction Tool spindle very compliant and flexible, so that Pressing forces on the tool spindle sensitive and practically lossless on the force measuring device be transmitted.
  • the leaf springs can be large vertical Take up forces as well as large transverse forces. They are suitable therefore for sole support of the tool spindle on the Delivery device without requiring an additional frictional guidance between the tool spindle and the delivery device is required.
  • As a delivery device a carriage driven by a roller spindle be used.
  • Frictions in the slide guide as well between roller spindle and slide affect the Measurement of the pressing force with which the machining tool rests on the workpiece surface, not from.
  • the inventive method enables a highly sensitive Force control of the finishing process, where Pressure forces down to 1 N reproducible and precise set and during the finishing process in force-controlled operating mode are also observed can.
  • a piezo element is preferably used as the force measuring device used that between one on the tool spindle attached connection element and one on the delivery device arranged bearing block is clamped and on pressure forces acting essentially on the tool spindle transmits to the delivery device without deformation.
  • Delivery devices that have a multi-axis infeed movement can execute and one corresponding to the number of axes Show number of delivery drives.
  • the axles assigned feed drives are controlled by the NC control controlled that the superpositioned infeed in the direction of force the tool spindle according to the previous one described force-controlled operating mode takes place.
  • the invention teaches that the tool spindle for finishing a new workpiece is fed in rapid traverse until a workpiece cut is recognized by the machining tool by means of a measurement signal from the force measuring device, and that the feed control movement of the tool spindle is stopped by the NC control with the cut detection and the further operation takes place in the force-controlled operating mode.
  • the force setpoint for finish processing can be varied in steps or continuously according to a time function.
  • the method according to the invention enables workpieces to be finished with defined pressing forces that are optimally matched to the workpiece and the machining tool, with negligibly small control deviations. When machining small workpieces, pressing forces down to 1 N can be achieved.
  • the finishing results that can be achieved with the method according to the invention are distinguished by very good geometry and surface parameters. Overloading of the machining tool can be avoided by the force control, which is advantageously reflected in low wear of the machining tool.
  • the device shown in Fig. 1 is used for finishing of workpieces and is particularly suitable also for processing small-piece series parts Metal or ceramic.
  • the basic structure of the Device include a z. B. as a high-performance motor spindle trained tool spindle 1, an NC-controlled Delivery device 2 and one between the Tool spindle 1 and the delivery device 2 effective, in Force measuring device that operates essentially without deformation 3 for measuring the workpiece machining acting on the tool spindle 1 Pressing force F.
  • the tool spindle 1 is with leaf springs 4 mounted on the delivery device 2, the leaf springs 4 are aligned transversely to the feed direction.
  • a piezo element is used between one attached to the tool spindle 1 Connection element and one on the delivery device 2 arranged bearing block is clamped.
  • the delivery device 2 has a carriage 5 with one after the State-of-the-art precision slide guide as well as a drive unit from a motor 6 driven roller spindle 7.
  • Other versions of the Delivery devices are not excluded. It can multi-axis infeed devices are also used.
  • the workpiece-side pressing force F on the tool spindle 1 is measured.
  • the force measurement values are fed to an NC controller 8, which determines the feed speed V of the machining tool to the workpiece.
  • the finish machining takes place in a force-controlled operating mode in which the feed speed V is controlled as a function of the pressing force F acting on the machining tool or the tool spindle 1.
  • a clock control frequency predetermined by the NC controller 8 e.g. B. in time intervals of two to four milliseconds
  • 3 measured speed values are assigned to the measured values of the force measuring device. The assignment takes place according to one of the damping functions shown schematically in FIG. 2.
  • the damping function is selected for the specific application and is defined in such a way that the infeed speed increases when the force measurement value F drops and decreases when the force measurement value increases until the force measurement value F corresponds to a predetermined force setpoint F 0 within permissible tolerances.
  • the clock control frequency with which the assignment of the infeed speed values V to the force measurement values F is dependent on the NC control 8 and is in practice a few milliseconds.
  • the desired force setpoint F 0 and the feed speed V 0 assigned to it are reached very quickly and are precisely maintained during the finishing process. This is clear from FIGS. 3 to 5, in which the time profiles of the pressing force F acting on the machining tool or the tool spindle and the feed speed V of the tool spindle 1 to the workpiece are each plotted for a finish machining process.
  • the tool spindle 1 For the finish machining of a new workpiece, the tool spindle 1 is driven with a preselected feed rate, for example, not shown in FIGS. B. with an infeed speed of 300 microns / sec, in rapid traverse until a workpiece cut is recognized by the machining tool by a measurement signal from the force measuring device 3.
  • the detection of the workpiece gate is shown in FIGS. 3 and 4 as a trigger signal 9.
  • the feed control movement of the tool spindle 1 is stopped by the NC control 8 with the start detection by the trigger signal 9.
  • the effect of the force-controlled operating mode sets in and the delivery speed is assigned to the respective force measured values in accordance with the selected damping function.
  • 3 and 4 show that after a short machining time, the force values F correspond to the predetermined force setpoint F 0 and this is maintained constant during the finish machining process.
  • the infeed movement is stopped and the infeed device 2 is held in this position until the pressing force acting on the processing tool has largely reduced.
  • the tool spindle 1 is then moved away from the workpiece with the feed device 2, which is indicated in FIG. 3 by negative speed values.
  • the reset movement can be triggered in a force-controlled manner if the force measurement value has dropped below a predetermined threshold value.
  • the force setpoint F 0 for the finish machining in the force-controlled operating mode is varied in steps according to a time function.
  • the initial force setpoint F 0 is reduced from 30 N to 15 N and finally in the final phase of the finishing machining process to 8 N.
  • the infeed speed values V are set by the NC controller 8 so that after a short time the changed force setpoints can be achieved.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Werkstücken unter Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung, die eine Werkzeugspindel für ein Bearbeitungswerkzeug und eine NC-gesteuerte Zustelleinrichtung aufweist, wobei die werkstückseitige Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges gemessen und die Kraftmesswerte der NC-Steuerung zugeführt werden, welche die Zustellgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges zum Werkstück festlegt. Die Finishbearbeitung erfolgt in einem kraftgesteuerten Betriebsmodus, in welchem die Zustellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Andrückkraft gesteuert wird. Erfindungsgemäß wird eine Bearbeitungsvorrichtung verwendet, deren Werkzeugspindel auf Blattfedern in Richtung der Zustellbewegung beweglich an der Zustelleinrichtung abgestützt ist und welche eine zwischen der Werkzeugspindel und der Zustelleinrichtung wirksame und im Wesentlichen deformationsfrei arbeitende Kraftmesseinrichtung aufweist. Im kraftgesteuerten Betriebsmodus werden mit einer durch die NC-Steuerung vorgegebenen Taktregelfrequenz den Messwerten der Kraftmesseinrichtung Zustellgeschwindigkeitswerte zugeordnet, wobei die Zuordnung nach einer Dämpfungsfunktion festgelegt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Werkstücken unter Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung, die eine Werkzeugspindel für ein Bearbeitungswerkzeug und eine NC-gesteuerte Zustelleinrichtung aufweist,
   wobei die werkstückseitige Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges gemessen wird und die Kraftmesswerte der NC-Steuerung zugeführt werden, welche die Zustellgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges zum Werkstück festlegt, und
   wobei die Finishbearbeitung in einem kraftgesteuerten Betriebsmodus erfolgt, in welchem die Zustellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Andrückkraft gesteuert wird.
Bei der Finishbearbeitung von Werkstücken sind präzise geführte Zustellbewegungen des rotierenden Bearbeitungswerkzeuges erforderlich, um hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte der bearbeiteten Werkstückfläche zu erfüllen. Die Zustellung muss so gesteuert werden, dass das Bearbeitungswerkzeug mit einer definierten Kraft von im Regelfall weniger als 100 N an der zu bearbeitenden Werkstückfläche anliegt. Bei sehr kleinen Werkstücken müssen Andrückkräfte in der Größenordnung von 1 bis 50 N eingestellt werden, und zwar mit minimalen Regelabweichungen.
Ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen ist aus DE 199 52 805 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird als Zustelleinrichtung für das Bearbeitungswerkzeug ein Schlitten mit einem NC-gesteuerten Linearmotor als Vorschubantrieb eingesetzt. Der Linearmotor zeichnet sich durch eine hohe Dynamik aus und wird in Abhängigkeit von der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Andrückkraft gesteuert. Der Schlitten muss reibungsfrei gelagert werden, um präzise, kraftgesteuerte Zustellbewegungen zu ermöglichen. Die Realisierung des bekannten Verfahrens ist technisch aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Finishbearbeitung von Werkstücken anzugeben, mit dem kraftgesteuerte Zustellbewegungen des Bearbeitungswerkzeuges mit feinfühlig einstellbarer und präzise eingehaltener Andrückkraft möglich ist. Das Verfahren soll auch mit mechanischen Zustelleinrichtungen durchführbar sein, deren Stellbewegungen reibungsbehaftet sind.
Ausgehend von einem Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
   eine Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird, deren Werkzeugspindel auf Blattfedern in Richtung der Zustellbewegung beweglich an der Zustelleinrichtung abgestützt ist und welche eine zwischen der Werkzeugspindel und der Zustelleinrichtung wirksame, im Wesentlichen deformationsfrei arbeitende Kraftmesseinrichtung aufweist, und
   dass im kraftgesteuerten Betriebsmodus mit einer durch die NC-Steuerung vorgegebenen Taktregelfrequenz den Messwerten der Kraftmesseinrichtung Zustellgeschwindigkeitswerte zugeordnet werden,
wobei die Zuordnung zwischen den Kraft- und Geschwindigkeitswerten nach einer Dämpfungsfunktion so festgelegt ist, dass sich die Zustellgeschwindigkeit bei einem Abfall des Kraftmesswertes vergrößert und bei einem Anstieg des Kraftmesswertes reduziert, bis der Kraftmesswert innerhalb zulässiger Toleranzen einem vorgegebenen Kraftsollwert entspricht.
Erfindungsgemäß wird die Werkzeugspindel auf Blattfedern abgestützt, die quer zur Vorschubrichtung ausgerichtet sind. Die vertikal angeordneten und mit kurzer freier Länge eingespannten Blattfedern sind in Vorschubrichtung der Werkzeugspindel sehr nachgiebig und flexibel, so dass Andrückkräfte an der Werkzeugspindel feinfühlig und praktisch verlustfrei auf die Kraftmesseinrichtung übertragen werden. Insbesondere bei einer Einspannung mit kurzer freier Länge können die Blattfedern große vertikale Kräfte sowie große Querkräfte aufnehmen. Sie eignen sich daher zur alleinigen Abstützung der Werkzeugspindel auf der Zustelleinrichtung, ohne dass es einer zusätzlichen, reibungsbehafteten Führung zwischen der Werkzeugspindel und der Zustelleinrichtung bedarf. Als Zustelleinrichtung kann ein von einer Rollspindel angetriebener Schlitten eingesetzt werden. Reibungen in der Schlittenführung sowie zwischen Rollspindel und Schlitten wirken sich auf die Messung der Andrückkraft, mit der das Bearbeitungswerkzeug an der Werkstückfläche anliegt, nicht aus. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine hochsensible Kraftsteuerung des Finishbearbeitungsprozesses, wobei Andrückkräfte bis hinunter 1 N reproduzierbar und genau eingestellt und während des Finishbearbeitungsprozesses im kraftgesteuerten Betriebsmodus auch eingehalten werden können.
Vorzugsweise wird als Kraftmesseinrichtung ein Piezoelement verwendet, das zwischen einem an der Werkzeugspindel befestigten Anschlusselement und einem an der Zustelleinrichtung angeordneten Lagerbock eingespannt ist und auf die Werkzeugspindel wirkende Andrückkräfte im Wesentlichen ohne Verformung auf die Zustelleinrichtung überträgt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich auch Zustelleinrichtungen, die eine mehrachsige Zustellbewegung ausführen können und eine der Zahl der Achsen entsprechende Zahl von Zustellantrieben aufweisen. Die den Achsen zugeordneten Zustellantriebe werden von der NC-Steuerung so angesteuert, dass die superponierte Zustellung in Kraftwirkungsrichtung der Werkzeugspindel gemäß dem zuvor beschriebenen kraftgesteuerten Betriebsmodus erfolgt.
In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass die Werkzeugspindel zur Finishbearbeitung eines neuen Werkstückes im Eilgang zugestellt wird, bis durch ein Messsignal der Kraftmesseinrichtung ein Werkstückanschnitt durch das Bearbeitungswerkzeug erkannt wird, und dass mit der Anschnitterkennung die Zustellbewegung der Werkzeugspindel von der NC-Steuerung gestoppt wird und der weitere Betrieb im kraftgesteuerten Betriebsmodus erfolgt. Der Kraftsollwert für die Finishbearbeitung kann nach einer Zeitfunktion in Stufen oder stetig variiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Finishbearbeitung von Werkstücken mit definierten, optimal auf das Werkstück sowie das Bearbeitungswerkzeug abgestimmten Andrückkräften, und zwar mit vernachlässigbar kleinen Regelabweichungen. Bei der Bearbeitung kleinteiliger Werkstücke können Andrückkräfte bis hinunter zu 1 N realisiert werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Finishergebnisse zeichnen sich durch sehr gute Geometrie- und Oberflächenkenngrößen aus. Durch die Kraftsteuerung können Überlastungen des Bearbeitungswerkzeuges vermieden werden, was sich in einem geringen Verschleiß des Bearbeitungswerkzeuges vorteilhaft niederschlägt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
Fig. 1
eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstücken nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 2
in einem Geschwindigkeits-/Kraft-Diagramm die Änderungen der Zustellgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges in Abhängigkeit der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Andrückkraft während einer Finishbearbeitung im kraftgesteuerten Betriebsmodus,
Fig. 3
den zeitlichen Verlauf der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Andrückkraft und der Zustellgeschwindigkeit bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4
einen Ausschnitt aus Fig. 3 in einem gegenüber Fig. 3 geänderten Zeitmaßstab,
Fig. 5
die zeitlichen Verläufe der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Andrückkraft sowie der Zustellgeschwindigkeit bei einer gegenüber Fig. 3 geänderten Verfahrensführung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Finishbearbeitung von Werkstücken und eignet sich insbesondere auch zur Bearbeitung von kleinstückigen Serienteilen aus Metall oder Keramik. Zum grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung gehören eine z. B. als Hochleistungsmotorspindel ausgebildete Werkzeugspindel 1, eine NC-gesteuerte Zustelleinrichtung 2 sowie eine zwischen der Werkzeugspindel 1 und der Zustelleinrichtung 2 wirksame, im Wesentlichen deformationsfrei arbeitende Kraftmesseinrichtung 3 zur Messung der bei einer Werkstückbearbeitung auf die Werkzeugspindel 1 wirkenden Andrückkraft F. Die Werkzeugspindel 1 ist mit Blattfedern 4 an der Zustelleinrichtung 2 gelagert, wobei die Blattfedern 4 quer zur Vorschubrichtung ausgerichtet sind. Als Kraftmesseinrichtung 3 wird ein Piezoelement verwendet, das zwischen einem an der Werkzeugspindel 1 befestigten Anschlusselement und einem an der Zustelleinrichtung 2 angeordneten Lagerbock eingespannt ist. Die Zustelleinrichtung 2 weist einen Schlitten 5 mit einer nach dem Stand der Technik ausgebildeten Präzisionsschlittenführung sowie als Antriebsaggregat eine von einem Motor 6 angetriebene Rollspindel 7 auf. Andere Ausführungen der Zustelleinrichtung sind nicht ausgeschlossen. Es können auch mehrachsige Zustelleinrichtungen eingesetzt werden.
Die werkstückseitige Andrückkraft F auf die Werkzeugspindel 1 wird gemessen. Die Kraftmesswerte werden einer NC-Steuerung 8 zugeführt, welche die Zustellgeschwindigkeit V des Bearbeitungswerkzeuges zum Werkstück festlegt. Die Finishbearbeitung erfolgt in einem kraftgesteuerten Betriebsmodus, in welchem die Zustellgeschwindigkeit V in Abhängigkeit von der auf das Bearbeitungswerkzeug bzw. die Werkzeugspindel 1 wirkenden Andrückkraft F gesteuert wird. Mit einer durch die NC-Steuerung 8 vorgegebenen Taktregelfrequenz, z. B. in Zeitintervallen von zwei bis vier Millisekunden, werden den Messwerten der Kraftmesseinrichtung 3 Zustellgeschwindigkeitswerte zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt nach einer der in Fig. 2 schematisch dargestellten Dämpfungsfunktionen. Die Dämpfungsfunktion wird für den konkreten Anwendungsfall ausgewählt und ist so festgelegt, dass sich die Zustellgeschwindigkeit bei einem Abfall des Kraftmesswertes F vergrößert und bei einem Anstieg des Kraftmesswertes reduziert, bis der Kraftmesswert F innerhalb zulässiger Toleranzen einem vorgegebenen Kraftsollwert F0 entspricht. Die Taktregelfrequenz, mit der die Zuordnung der Zustellgeschwindigkeitswerte V zu den Kraftmesswerten F erfolgt, ist abhängig von der NC-Steuerung 8 und beträgt in der Praxis einige Millisekunden. Im kraftgesteuerten Betriebsmodus werden der gewünschte Kraftsollwert F0 und die diesem zugeordnete Zustellgeschwindigkeit V0 sehr rasch erreicht und während des Finishbearbeitungsprozesses präzise eingehalten. Dies wird anhand der Fig. 3 bis 5 deutlich, in denen die zeitlichen Verläufe der auf das Bearbeitungswerkzeug bzw. die Werkzeugspindel wirkenden Andrückkraft F sowie der Zustellgeschwindigkeit V der Werkzeugspindel 1 zum Werkstück jeweils für einen Finishbearbeitungsprozess aufgetragen sind.
Zur Finishbearbeitung eines neuen Werkstückes wird die Werkzeugspindel 1 mit einer in den Fig. 3 bis 5 aus Maßstabsgründen nicht dargestellten, vorgewählten Zustellgeschwindigkeit, z. B. mit einer Zustellgeschwindigkeit von 300 µm/sec, im Eilgang zugestellt, bis durch ein Messsignal der Kraftmesseinrichtung 3 ein Werkstückanschnitt durch das Bearbeitungswerkzeug erkannt wird. Die Erkennung des Werkstückanschnitts ist in den Fig. 3 und 4 als Triggersignal 9 dargestellt. Mit der Anschnitterkennung durch das Triggersignal 9 wird die Zustellbewegung der Werkzeugspindel 1 von der NC-Steuerung 8 gestoppt. Mit einer minimalen zeitlichen Verzögerung, die bei Auftreten einer Unstetigkeit durch Rechenzyklen der NC-Steuerung 8 bedingt ist und im Ausführungsbeispiel etwa 65 Millisekunden beträgt, setzt die Wirkung des kraftgesteuerten Betriebsmodus ein und wird nach Maßgabe der ausgewählten Dämpfungsfunktion die Zustellgeschwindigkeit den jeweiligen Kraftmesswerten zugeordnet. Den Fig. 3 und 4 entnimmt man, dass nach einer kurzen Bearbeitungszeit die Kraftwerte F dem vorgegebenen Kraftsollwert F0 entsprechen und dieser während des Finishbearbeitungsprozesses konstant beibehalten wird. Im Anschluss an die im kraftgesteuerten Betriebsmodus erfolgte Finishbearbeitung wird die Zustellbewegung gestoppt und die Zustelleinrichtung 2 in dieser Position gehalten, bis sich die auf das Bearbeitungswerkzeug wirkende Andrückkraft weitgehend abgebaut hat. Anschließend wird die Werkzeugspindel 1 mit der Zustelleinrichtung 2 von dem Werkstück fortbewegt, was in Fig. 3 durch negative Geschwindigkeitswerte angedeutet wird. Die Rückstellbewegung kann kraftgesteuert ausgelöst werden, wenn der Kraftmesswert unter einen vorgegebenen Schwellenwert abgefallen ist.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Verfahrensführung wird der Kraftsollwert F0 für die Finishbearbeitung im kraftgesteuerten Betriebsmodus nach einer Zeitfunktion stufenförmig variiert. Im Ausführungsbeispiel erfolgt eine Reduzierung des anfänglichen Kraftsollwertes F0 von 30 N auf 15 N und schließlich in einer Endphase des Finisbearbeitungsprozesses auf 8 N. Nach Maßgabe der Dämpfungsfunktion werden die Zustellgeschwindigkeitswerte V von der NC-Steuerung 8 so eingestellt, dass bereits nach kurzer Zeit die geänderten Kraftsollwerte erreicht werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Finishbearbeitung von Werkstücken unter Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung, die eine Werkzeugspindel für ein Bearbeitungswerkzeug und eine NC-gesteuerte Zustelleinrichtung aufweist,
    wobei die werkstückseitige Andrückkraft des Bearbeitungswerkzeuges gemessen wird und die Kraftmesswerte der NC-Steuerung zugeführt werden, welche die Zustellgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges zum Werkstück festlegt, und
       wobei die Finishbearbeitung in einem kraftgesteuerten Betriebsmodus erfolgt, in welchem die Zustellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Andrückkraft gesteuert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
       eine Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird, deren Werkzeugspindel auf Blattfedern in Richtung der Zustellbewegung beweglich an der Zustelleinrichtung abgestützt ist und welche eine zwischen der Werkzeugspindel und der Zustelleinrichtung wirksame, im Wesentlichen deformationsfrei arbeitende Kraftmesseinrichtung aufweist, und
       dass im kraftgesteuerten Betriebsmodus mit einer durch die NC-Steuerung vorgegebenen Taktregelfrequenz den Messwerten der Kraftmesseinrichtung Zustellgeschwindigkeitswerte zugeordnet werden,
    wobei die Zuordnung zwischen den Kraft- und Geschwindigkeitswerten nach einer Dämpfungsfunktion so festgelegt ist, dass sich die Zustellgeschwindigkeit bei einem Abfall des Kraftmesswertes vergrößert und bei einem Anstieg des Kraftmesswertes reduziert, bis der Kraftmesswert innerhalb zulässiger Toleranzen einem vorgegebenen Kraftsollwert entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel zur Finishbearbeitung eines neuen Werkstückes im Eilgang zugestellt wird, bis durch ein Messsignal der Kraftmesseinrichtung ein Werkstückanschnitt durch das Bearbeitungswerkzeug erkannt wird, und dass mit der Anschnitterkennung die Zustellbewegung der Werkzeugspindel von der NC-Steuerung gestoppt wird und der weitere Betrieb im kraftgesteuerten Betriebsmodus erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustelleinrichtung ein von einer Rollspindel angetriebener Schlitten eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftmesseinrichtung ein Piezoelement verwendet wird, das zwischen einem an der Werkzeugspindel befestigten Anschlusselement und einem an der Zustelleinrichtung angeordneten Lagerbock eingespannt ist und auf die Werkzeugspindel wirkende Andrückkräfte im Wesentlichen ohne Verformung auf die Zustelleinrichtung überträgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zustelleinrichtung eine mehrachsige Zustellbewegung ausgeführt wird und dass die den Achsen zugeordneten Zustellantriebe von der NC-Steuerung so angesteuert werden, dass die superponierte Zustellung in Kraftwirkungsrichtung im kraftgesteuerten Betriebsmodus erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsollwert für die Finishbearbeitung im kraftgesteuerten Betriebsmodus nach einer Zeitfunktion in Stufen oder stetig variiert wird.
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DE10201639 2002-01-17

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EP1329289A3 EP1329289A3 (de) 2003-10-22
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