EP2404703A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Feinbearbeitung von Werkstücken - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Feinbearbeitung von Werkstücken Download PDF

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EP2404703A1
EP2404703A1 EP10168417A EP10168417A EP2404703A1 EP 2404703 A1 EP2404703 A1 EP 2404703A1 EP 10168417 A EP10168417 A EP 10168417A EP 10168417 A EP10168417 A EP 10168417A EP 2404703 A1 EP2404703 A1 EP 2404703A1
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EP
European Patent Office
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oscillation
oscillation unit
gaseous medium
gas pressure
unit
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EP10168417A
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EP2404703B1 (de
Inventor
Simon Wolber
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Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
Original Assignee
Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
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Publication date
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    • 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
    • B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
    • B24B47/02—Drives or gearings; Equipment therefor for performing a reciprocating movement of carriages or work- tables
    • B24B47/08—Drives or gearings; Equipment therefor for performing a reciprocating movement of carriages or work- tables by mechanical gearing combined with fluid systems
    • 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
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • 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
    • B24B35/00—Machines or devices designed for superfinishing surfaces on work, i.e. by means of abrading blocks reciprocating with high frequency

Definitions

  • the invention relates to a device for fine machining of workpieces, comprising a finishing tool, which is held on a tool holder and forms together with this an oscillation unit which is displaceable by means of a Oszillationsantriebs in an oscillating motion, wherein two mutually opposite directions effective energy storage for the generation of Actuating forces are provided which support the oscillating movement of the oscillation unit.
  • From the DE 35 33 082 A1 is a device for fine machining rotationally symmetrical workpieces known.
  • the workpieces are received in a drive device and are rotated.
  • the tool is designed in the form of a honing stone, leads one short-stroke high-frequency oscillation and is simultaneously pressed against a surface to be machined of the workpiece. This process is also referred to as short-stroke honing, fine-grinding or superfinishing.
  • the workpiece is set, for example by means of two rollers in a rotational movement. By selecting the inclination of the roll axes, the rotational movement of the workpiece can be superimposed on a feed movement in a direction parallel to the workpiece axis.
  • the oscillating movement of the oscillation unit that is to say the tool holder and the tool held on the tool holder, can be effected by means of an oscillation drive which, for example, as in FIG DE 35 33 082 A1 shown, may be formed as an eccentric drive.
  • the tool holder of the oscillation unit can have a comparatively high mass, in particular if the tool holder comprises a feed device, by means of which the tool held on the tool holder is pressed onto the workpiece surface to be machined. Since the entire tool holder with the tool held thereon must be set in an oscillatory motion, high acceleration forces, which are due to the inertia of the oscillation unit, occur, especially at high oscillation frequencies and at large oscillation amplitudes. These acceleration forces must be at the out of the DE 35 33 082 A1 known structure are absorbed by the oscillation drive.
  • the device described above makes it possible to compensate for a part of the inertial acceleration forces of the oscillation unit.
  • the disadvantage is that the spring assemblies require a high space, in turn increase the total oscillating mass and are designed only for a specific operating point of the device. Therefore, the maximum possible oscillation frequencies and / or oscillation amplitudes are limited.
  • the present invention seeks to improve a device for fine machining of workpieces so that it allows the machining of a workpiece with the highest possible Oszillationsfrequenzen and / or large Oszillationsamplituden.
  • the energy storage include a gaseous medium, which generates the oscillating motion supporting, gas pressure-dependent actuating forces, and that an adjustment is provided for adjusting the gas pressure.
  • the device according to the invention makes it possible to reduce the oscillating mass by providing a gaseous medium as the energy store.
  • a gaseous medium as the energy store.
  • the adjustment of the actuation forces takes place by changing the gas pressure, which can be realized in a simple manner by embodiments of the invention which are described in more detail below.
  • a control or regulating unit for controlling or regulating the adjusting device, wherein the control or Control unit provides a function of the mass of the oscillation and / or the oscillation amplitude and / or the oscillation frequency determined manipulated variable.
  • This allows automated adjustment of the actuating forces by adjusting the gas pressure of the gaseous medium.
  • assignment tables can be stored, for example, in which as input variables different masses of the oscillation unit, different oscillation amplitudes and different oscillation frequencies are stored, to which specific gas pressures are then assigned.
  • a particularly simple adaptation of the gas pressure is made possible when the energy storage devices have a storage container for storing the gaseous medium, and when the storage volume of the storage container for adjusting the gas pressure is variable.
  • such an energy store comprises a pneumatic cylinder.
  • a storage for gaseous medium is provided and that the gas pressure of the gaseous medium of the energy storage is increased by supplying the gaseous medium from the storage memory into the energy storage.
  • a storage may be formed, for example in the form of a compressed air supply.
  • the gas pressure can be reduced by discharging part of the gaseous medium stored in the energy storage devices.
  • the gaseous medium is compressed air
  • the removal of the gaseous medium from the energy storage devices can be done, for example, by means of a Exhaust valve into the environment of the energy storage into it.
  • the gaseous medium to be removed from the energy stores is collected, for example in a storage store described above.
  • the energy stores are designed in the form of gas pressure cylinders. These can for example act directly on the oscillation, wherein the piston or the cylinder of the gas cylinder connected to the movable oscillation unit and is arranged in a corresponding manner the cylinder or piston of the gas cylinder fixed.
  • a liquid medium is provided by means of which the actuation forces generated by the energy stores can be transferred to the oscillation unit. This allows a particularly free positioning of the energy storage device, in particular in a space spaced apart from the oscillation unit.
  • the pressure of the liquid medium is adjustable and that by adjusting the pressure of the liquid medium, the gas pressure of the gaseous medium is adjustable. This is particularly advantageous if the amount of gaseous medium contained in an energy store is constant and if the gaseous medium is provided in a container that is completely sealed off from the surroundings.
  • the energy stores are formed by membrane reservoirs in which the gaseous medium is stored and pressurized by means of a liquid medium with the interposition of a membrane.
  • an energy store assigned hydraulic cylinders are provided for transmitting the actuating forces to the oscillation unit. This makes it possible to transfer the transferred from a gaseous medium to a liquid medium actuating forces in a simple manner to the oscillation unit.
  • the axes of action of the hydraulic cylinders are parallel to an oscillation axis of the oscillation unit so that the actuation forces generated by the energy accumulators can be optimally utilized.
  • a particularly quiet arrangement of the oscillation unit results when the axes of action of the hydraulic cylinders pass through a center of mass of the oscillation unit, whereby vibrations in the oscillation unit and / or in the oscillation drive can be at least largely prevented.
  • the invention further relates to a method for fine machining of workpieces, in which a workpiece is machined with a finishing tool which is held on a tool holder, wherein the finishing tool and the tool holder form an oscillation unit, which is set in an oscillating motion by means of an oscillating drive, wherein the oscillation movement of the oscillation unit is supported by actuation forces of two energy stores acting in opposite directions.
  • the invention has the further object to improve a method of the aforementioned type so that it allows the machining of a workpiece with the highest possible oscillation frequencies and / or large oscillation amplitudes.
  • This object is achieved in that the oscillatory movement of the oscillation supportive actuating forces are generated by a gaseous medium, and that the gas pressure of the medium in dependence of the mass of the oscillation unit and / or the oscillation amplitude and / or the oscillation frequency is set.
  • the invention further relates to the use of a device described above for carrying out a method mentioned above.
  • the device 10 comprises a tool holder 12, on which a tool 14 is held.
  • the tool 14 is designed in particular in the form of a honing stone or finishing stone.
  • the tool holder 12 and the tool 14 together form an oscillation unit 16.
  • the oscillation unit 16 can be set into an oscillating motion along an oscillation axis 20 by means of an oscillation drive 18.
  • the oscillation drive 18 in particular comprises an eccentric drive 20, which acts on the tool holder 12 by means of a connecting rod 22.
  • the tool holder 12 is guided on at least one guide device 24, 26 in a direction parallel to the oscillation axis 20.
  • a rotational movement of the eccentric drive 20 is transmitted via the connecting rod 22 into a movement of the oscillation unit 16 oscillating along the oscillation axis 20, in which a first movement direction 28 and a second movement direction 30 opposite thereto alternate with one another.
  • the tool 14 has an active surface 32, which by means of the tool holder 12 against a workpiece surface to be machined 34 of a particular rotationally symmetrical workpiece 36 is pressed.
  • the workpiece 36 can be processed individually or as shown in the drawing in series with other workpieces.
  • the workpiece 36 or the workpieces 36 extend along a workpiece axis 38.
  • the workpiece 36 or the workpieces 36 can be placed in a rotational movement about the workpiece axis 38, for example by using a roller drive 40 indicated by dashed lines in the drawing.
  • a roller drive is for example from the DE 35 33 082 A1 known. With regard to the structure and operation is therefore on the DE 35 33 082 A1 Referenced.
  • the device 10 comprises a first energy store 42 and a second energy store 44, which each serve to store a gaseous medium, for example nitrogen.
  • the energy stores 42 and 44 are an integral part of a respective membrane memory 46 and 48.
  • the energy storage 42 and 44 are separated by means of a membrane 50 and 52 of chambers 54 and 56, in which a liquid medium (hydraulic fluid) is added.
  • the chambers 54 and 56 are each separated from each other by means of hydraulic lines 55 and 57 fluidly connected to hydraulic cylinders 58 and 60, respectively.
  • the hydraulic cylinders 58 and 60 each include a cylinder 61 and 62 and a piston 64 and 66, respectively.
  • a respective cylinder (61 or 62) and a piston (64 and 66) together define a chamber 68 and 70, respectively prevailing pressure is on the piston 64 and 66, respectively Transmit piston rods 72 and 74, in such a way that exerted by the piston rod 72, originally generated by the first energy storage 42 actuation forces 76 of the first direction of movement 28 of the oscillation unit 16 are opposite.
  • actuating forces 78 exerted by the piston rod 74 and originally generated by the second energy store 44 are opposite to the second movement direction 30 of the oscillation unit 16.
  • the axes of action 80 and 82 of the hydraulic cylinders 58 and 60 are parallel to each other, preferably collinear with each other, and in particular pass through a center of mass 84 of the oscillation unit 16 therethrough.
  • the pressure of the hydraulic fluid contained in the chambers 54, 56, 68, 70 is adjustable by means of an adjusting device indicated generally by the reference numeral 86.
  • the adjusting device 86 comprises, in particular, a hydraulic pump 88 which pressurizes hydraulic fluid, for example oil, which can be removed from a tank 90 and, depending on the position of a 2/2-way valve 92 or 94, the hydraulic cylinders 58 and 60 and thus also the chambers 54 and 56 supplied with pressurized hydraulic fluid.
  • hydraulic fluid for example oil
  • the membranes 50 and 52 are deformed more or less, so that the stored in the energy storage 42 and 44 gaseous medium is more or less strongly compressed.
  • adjuster 86 includes low pressure lines 96, 98 which provide feedback from Allow leakage from the hydraulic cylinders 58, 60 in the tank 90.
  • the adjusting device 86 further comprises a control or regulating unit 100 for controlling the pump 88.
  • the control or regulating unit 100 is designed such that different input variables 102, 104, 106 are used to control the pump 88.
  • the input quantities 102 to 106 are in particular the mass of the oscillation unit 16, an oscillation frequency of the oscillation unit 16 and an oscillation amplitude of the oscillation unit 16.
  • valves 92 and 94 can be brought into the blocking position shown in the drawing.
  • the gaseous medium stored in the energy stores 42 and 44 is compressed by means of the membrane 50 or 52.
  • the gaseous medium generates an actuating force, which is transmitted via the membrane 50 and 52 and via the chambers 54, 68 and 56, 70 are transmitted to the pistons 64 and 66 and the piston rods 72 and 74, respectively.
  • actuation forces 76 and 78 act on the oscillation unit 16.
  • the amount of actuation forces 76, 78 depends on the gas pressure of the gaseous medium of the energy accumulators 42 and 44, respectively.
  • the oscillation unit 16 When the oscillation unit 16 reverses its direction of movement from the first direction of movement 28 to the second direction of movement 30, the energy of the additionally compressed gaseous medium of the first energy store 42 is available to flow through the membrane 50, the chamber 54, the hydraulic line 55, the chamber 68 , the piston 64 and the piston rod 72 to generate an actuating force 76, which supports the movement of the oscillation unit 16 in the second direction of movement 30.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Feinbearbeitung von Werkstücken (36), umfassend ein Feinbearbeitungswerkzeug (14), welches an einem Werkzeughalter (12) gehalten ist und gemeinsam mit diesem eine Oszillationseinheit (16) bildet, die mittels eines Oszillationsantriebs (18) in eine oszillierende Bewegung versetzbar ist, wobei zwei in einander entgegengesetzten Richtungen wirksame Energiespeicher (42, 44) zur Erzeugung von Betätigungskräften (76, 78) vorgesehen sind, welche die oszillierende Bewegung der Oszillationseinheit (16) unterstützen, wobei die Energiespeicher (42, 44) ein gasförmiges Medium umfassen, welches die oszillierende Bewegung unterstützende, gasdruckabhängige Betätigungskräfte (76, 78) erzeugt, und wobei eine Einstelleinrichtung (86) zur Einstellung des Gasdrucks vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von Werkstücken, umfassend ein Feinbearbeitungswerkzeug, welches an einem Werkzeughalter gehalten ist und gemeinsam mit diesem eine Oszillationseinheit bildet, die mittels eines Oszillationsantriebs in eine oszillierende Bewegung versetzbar ist, wobei zwei in einander entgegengesetzten Richtungen wirksame Energiespeicher zur Erzeugung von Betätigungskräften vorgesehen sind, welche die oszillierende Bewegung der Oszillationseinheit unterstützen.
  • Aus der DE 35 33 082 A1 ist eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung rotationssymmetrischer Werkstücke bekannt. Die Werkstücke sind in einer Antriebseinrichtung aufgenommen und werden in Drehung versetzt. Das Werkzeug ist in Form eines Honsteins ausgebildet, führt eine kurzhubige hochfrequente Schwingung aus und wird gleichzeitig gegen eine zu bearbeitende Fläche des Werkstücks gedrückt. Dieses Verfahren wird auch als Kurzhubhonen, Feinziehschleifen oder Superfinishen bezeichnet. Bei diesen Verfahren wird das Werkstück beispielsweise mittels zwei Walzen in eine Rotationsbewegung versetzt. Durch Wahl der Neigung der Walzenachsen kann der Rotationsbewegung des Werkstücks eine Vorschubbewegung in einer zu der Werkstückachse parallelen Richtung überlagert werden.
  • Die oszillierende Bewegung der Oszillationseinheit, also des Werkzeughalters und des an dem Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs, kann mittels eines Oszillationsantriebs erfolgen, welcher beispielsweise, wie in der DE 35 33 082 A1 dargestellt, als Exzenterantrieb ausgebildet sein kann.
  • Insbesondere der Werkzeughalter der Oszillationseinheit kann eine vergleichsweise hohe Masse aufweisen, insbesondere wenn der Werkzeughalter eine Zustelleinrichtung umfasst, mittels welcher das an dem Werkzeughalter gehaltene Werkzeug auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gedrückt wird. Da der gesamte Werkzeughalter mit dem daran gehaltenen Werkzeug in eine Oszillationsbewegung versetzt werden muss, treten insbesondere bei hohen Oszillationsfrequenzen und bei großen Oszillationsamplituden hohe Beschleunigungskräfte auf, welche durch die Massenträgheit der Oszillationseinheit bedingt sind. Diese Beschleunigungskräfte müssen bei der aus der DE 35 33 082 A1 bekannten Konstruktion von dem Oszillationsantrieb aufgenommen werden.
  • Hiervon ausgehend wurden bei der Anmelderin die aus der DE 35 33 082 A1 bekannten Vorrichtungen verbessert, indem die Oszillationseinheit zwischen zwei Federn eingespannt wurde, wobei die Federn in einander entgegengesetzten Richtungen wirken. Wenn die Oszillationseinheit mittels des von den Federn unabhängigen Oszillationsantriebs in einer ersten Bewegungsrichtung bewegt wird, wird eine hierzu entgegengesetzt wirkende erste Feder zusammengedrückt und eine in der ersten Bewegungsrichtung wirkende zweite Feder entspannt. An dem Umkehrpunkt, an welchem die Oszillationseinheit ihre Bewegungsrichtung von der ersten Bewegungsrichtung in die zweite Bewegungsrichtung umkehrt, kann die auf diese Weise gespeicherte Energie der ersten Feder genutzt werden, um die Bewegung der Oszillationseinheit in der zweiten Bewegungsrichtung zu unterstützen. Nach Durchlauf einer Mittellage, in welcher beide Federn gleich stark gespannt sind, wird die zweite Feder stärker zusammengedrückt und die erste Feder entspannt. Hierdurch speichert die zweite Feder eine Energie, die nach einem Wechsel der Oszillationseinheit von der zweiten Bewegungsrichtung in die erste Bewegungsrichtung zur Unterstützung der Bewegung der Oszillationseinheit in der ersten Bewegungsrichtung genutzt wird.
  • Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, einen Teil der trägheitsbedingten Beschleunigungskräfte der Oszillationseinheit zu kompensieren. Nachteilig ist jedoch, dass die Federpakete einen hohen Bauraum beanspruchen, ihrerseits die insgesamt oszillierende Masse erhöhen und nur für einen bestimmten Betriebspunkt der Vorrichtung ausgelegt sind. Daher sind die maximal möglichen Oszillationsfrequenzen und/oder Oszillationsamplituden begrenzt. Für eine möglichst schnelle und effiziente Bearbeitung eines Werkstücks wäre es jedoch wünschenswert, möglichst hohe Oszillationsfrequenzen und/oder möglichst große Oszillationsamplituden realisieren zu können.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von Werkstücken so zu verbessern, dass sie die Bearbeitung eines Werkstücks mit möglichst hohen Oszillationsfrequenzen und/oder großen Oszillationsamplituden erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Energiespeicher ein gasförmiges Medium umfassen, welches die oszillierende Bewegung unterstützende, gasdruckabhängige Betätigungskräfte erzeugt, und dass eine Einstelleinrichtung zur Einstellung des Gasdrucks vorgesehen ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, die oszillierende Masse zu reduzieren, indem als Energiespeicher ein gasförmiges Medium vorgesehen wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Energiespeicher örtlich von der Oszillationseinheit entkoppelt anordnen zu können, sodass im Bereich der Oszillationseinheit Bauraum eingespart wird. Schließlich ist es möglich, die gasdruckabhängigen Betätigungskräfte durch Einstellung des Gasdrucks zu verändern. Hierdurch kann eine Steigung der Feder-Kennlinien der Energiespeicher und somit die Höhe der von den Energiespeichern erzeugten Betätigungskräfte angepasst werden. Die Anpassung der Betätigungskräfte erfolgt durch Änderung des Gasdrucks, was durch nachfolgend detaillierter beschriebene Ausgestaltungen der Erfindung in einfacher Weise realisierbar ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuer- oder Regeleinheit zur Steuerung oder Regelung der Einstelleinrichtung vorgesehen, wobei die Steuer- oder Regeleinheit eine in Abhängigkeit der Masse der Oszillationseinheit und/oder der Oszillationsamplitude und/oder der Oszillationsfrequenz bestimmte Stellgröße bereitstellt. Dies ermöglicht eine automatisierte Anpassung der Betätigungskräfte durch Einstellung des Gasdrucks des gasförmigen Mediums. In der Praxis können beispielsweise Zuordnungstabellen hinterlegt werden, in welchen als Eingangsgrößen unterschiedliche Massen der Oszillationseinheit, unterschiedliche Oszillationsamplituden und unterschiedliche Oszillationsfrequenzen hinterlegt sind, denen dann bestimmte Gasdrücke zugeordnet sind.
  • Eine besonders einfache Anpassung des Gasdrucks wird ermöglicht, wenn die Energiespeicher einen Speicherbehälter zur Speicherung des gasförmigen Mediums aufweisen, und wenn das Speichervolumen des Speicherbehälters zur Einstellung des Gasdrucks veränderbar ist. Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel umfasst ein solcher Energiespeicher einen pneumatischen Zylinder.
  • Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es möglich, dass ein Vorratsspeicher für gasförmiges Medium vorgesehen ist und dass der Gasdruck des gasförmigen Mediums der Energiespeicher durch Zufuhr des gasförmigen Mediums aus dem Vorratsspeicher in die Energiespeicher erhöht wird. Ein solcher Vorratsspeicher kann beispielsweise in Form einer Druckluftversorgung ausgebildet sein.
  • In entsprechender Weise ist es möglich, dass der Gasdruck durch Abführung eines Teils des in den Energiespeichern gespeicherten gasförmigen Mediums verkleinerbar ist. Wenn es sich bei dem gasförmigen Medium um Druckluft handelt, kann die Abführung des gasförmigen Mediums aus den Energiespeichern beispielsweise mittels eines Auslassventils in die Umgebung der Energiespeicher hinein erfolgen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das aus den Energiespeichern abzuführende gasförmige Medium aufgefangen wird, beispielsweise in einem vorstehend beschriebenen Vorratsspeicher.
  • Wenn die Vorrichtung für Oszillationseinheiten mit vergleichsweise geringen Massen eingesetzt werden soll, ist es vorteilhaft, wenn die Energiespeicher in Form von Gasdruckzylindern ausgebildet sind. Diese können beispielsweise direkt auf die Oszillationseinheit wirken, wobei der Kolben beziehungsweise der Zylinder des Gasdruckzylinders mit der bewegbaren Oszillationseinheit verbunden und in entsprechender Weise der Zylinder beziehungsweise Kolben des Gasdruckzylinders ortsfest angeordnet ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein flüssiges Medium vorgesehen, mittels welchem die von den Energiespeichern erzeugten Betätigungskräfte auf die Oszillationseinheit übertragbar sind. Dies ermöglicht eine besonders freie Positionierung der Energiespeicher, insbesondere in einem zu der Oszillationseinheit beabstandeten Bauraum.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druck des flüssigen Mediums einstellbar ist und dass durch Einstellung des Drucks des flüssigen Mediums der Gasdruck des gasförmigen Mediums einstellbar ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die in einem Energiespeicher enthaltene Menge an gasförmigem Medium konstant ist und wenn das gasförmige Medium in einem zur Umgebung hin vollständig abgeschlossenen Behälter bereitgestellt wird.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiespeicher von Membranspeichern gebildet sind, in welchen das gasförmige Medium gespeichert und unter Zwischenschaltung einer Membran mittels eines flüssigen Mediums mit Druck beaufschlagt ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Realisierung einer Einstelleinrichtung zur Einstellung des Gasdrucks, welche nämlich den Druck des flüssigen Mediums erhöht oder absenkt, um mittels der Membran auf das gasförmige Medium zu wirken, um dessen Gasdruck einzustellen.
  • Ferner ist es bevorzugt, wenn zur Übertragung der Betätigungskräfte auf die Oszillationseinheit jeweils einem Energiespeicher zugeordnete Hydraulikzylinder vorgesehen sind. Dies ermöglicht es, die von einem gasförmigen Medium auf ein flüssiges Medium übertragenen Betätigungskräfte in einfacher Weise auf die Oszillationseinheit zu übertragen.
  • Bevorzugt ist es, wenn die Wirkachsen der Hydraulikzylinder parallel zu einer Oszillationsachse der Oszillationseinheit sind, sodass die von den Energiespeichern erzeugten Betätigungskräfte optimal genutzt werden können.
  • Wenn die Wirkachsen der Hydraulikzylinder miteinander kollinear sind, können durch die Betätigungskräfte bedingte und auf die Oszillationseinheit wirkende Torsionsmomente minimiert werden.
  • Eine besonders laufruhige Anordnung der Oszillationseinheit ergibt sich, wenn die Wirkachsen der Hydraulikzylinder durch einen Massenschwerpunkt der Oszillationseinheit hindurch verlaufen, wodurch Vibrationen in der Oszillationseinheit und/oder in dem Oszillationsantrieb zumindest weitgehend verhindert werden können.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Feinbearbeitung von Werkstücken, bei welchem ein Werkstück mit einem Feinbearbeitungswerkzeug bearbeitet wird, das an einem Werkzeughalter gehalten ist, wobei das Feinbearbeitungswerkzeug und der Werkzeughalter eine Oszillationseinheit bilden, die mittels eines Oszillationsantriebs in eine oszillierende Bewegung versetzt wird, wobei die Oszillationsbewegung der Oszillationseinheit durch Betätigungskräfte von zwei in einander entgegengesetzten Richtungen wirksamen Energiespeichern unterstützt wird.
  • Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorstehend genannten Art so zu verbessern, dass es die Bearbeitung eines Werkstücks mit möglichst hohen Oszillationsfrequenzen und/oder großen Oszillationsamplituden erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die die oszillierende Bewegung der Oszillationseinheit unterstützenden Betätigungskräfte durch ein gasförmiges Medium erzeugt werden, und dass der Gasdruck des Mediums in Abhängigkeit der Masse der Oszillationseinheit und/oder der Oszillationsamplitude und/oder der Oszillationsfrequenz eingestellt wird.
  • Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Vorrichtung erläutert worden. Daher wird hinsichtlich der Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer eingangs beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung eines vorstehend genannten Verfahrens.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
  • In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Feinbearbeitung von Werkstücken dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Werkzeughalter 12, an welchem ein Werkzeug 14 gehalten ist. Das Werkzeug 14 ist insbesondere in Form eines Honsteins oder Finishsteins ausgebildet. Der Werkzeughalter 12 und das Werkzeug 14 bilden gemeinsam eine Oszillationseinheit 16. Die Oszillationseinheit 16 ist mittels eines Oszillationsantriebs 18 entlang einer Oszillationsachse 20 in eine oszillierende Bewegung versetzbar.
  • Der Oszillationsantrieb 18 umfasst insbesondere einen Exzenterantrieb 20, welcher mittels eines Pleuels 22 auf den Werkzeughalter 12 wirkt. Der Werkzeughalter 12 ist an mindestens einer Führungseinrichtung 24, 26 in einer zu der Oszillationsachse 20 parallelen Richtung geführt. Eine Drehbewegung des Exzenterantriebs 20 wird über das Pleuel 22 in eine entlang der Oszillationsachse 20 oszillierende Bewegung der Oszillationseinheit 16 übertragen, bei welcher eine erste Bewegungsrichtung 28 und eine hierzu entgegengesetzte zweite Bewegungsrichtung 30 einander abwechseln.
  • Das Werkzeug 14 weist eine Wirkfläche 32 auf, welche mittels des Werkzeughalters 12 gegen eine zu bearbeitende Werkstückoberfläche 34 eines insbesondere rotationssymmetrischen Werkstücks 36 gedrückt wird. Das Werkstück 36 kann einzeln oder, wie in der Zeichnung dargestellt, in Serie mit weiteren Werkstücken bearbeitet werden. Das Werkstück 36 oder die Werkstücke 36 erstrecken sich entlang einer Werkstückachse 38. Das Werkstück 36 oder die Werkstücke 36 können in eine Rotationsbewegung um die Werkstückachse 38 herum versetzt werden, beispielsweise indem ein in der Zeichnung gestrichelt angedeuteter Walzenantrieb 40 verwendet wird. Ein solcher Walzenantrieb ist beispielsweise aus der DE 35 33 082 A1 bekannt. Hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise wird daher auf die DE 35 33 082 A1 Bezug genommen.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst einen ersten Energiespeicher 42 und einen zweiten Energiespeicher 44, welche jeweils zur Speicherung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Stickstoff, dienen.
  • Die Energiespeicher 42 und 44 sind integraler Bestandteil jeweils eines Membranspeichers 46 beziehungsweise 48. Die Energiespeicher 42 und 44 sind mittels einer Membran 50 beziehungsweise 52 von Kammern 54 beziehungsweise 56 getrennt, in denen ein flüssiges Medium (Hydraulikflüssigkeit) aufgenommen ist.
  • Die Kammern 54 und 56 sind jeweils getrennt voneinander mittels Hydraulikleitungen 55 beziehungsweise 57 fluidwirksam mit Hydraulikzylindern 58 beziehungsweise 60 verbunden. Die Hydraulikzylinder 58 und 60 umfassen jeweils einen Zylinder 61 beziehungsweise 62 und einen Kolben 64 beziehungsweise 66. Jeweils ein Zylinder (61 beziehungsweise 62) und ein Kolben (64 beziehungsweise 66) begrenzen gemeinsam eine Kammer 68 beziehungsweise 70. Ein in den Kammern 68 beziehungsweise 70 herrschender Druck wird über die Kolben 64 beziehungsweise 66 auf Kolbenstangen 72 beziehungsweise 74 übertragen, und zwar derart, dass von der Kolbenstange 72 ausgeübte, ursprünglich von dem ersten Energiespeicher 42 erzeugte Betätigungskräfte 76 der ersten Bewegungsrichtung 28 der Oszillationseinheit 16 entgegengesetzt sind. In entsprechender Weise sind von der Kolbenstange 74 ausgeübte, ursprünglich von dem zweiten Energiespeicher 44 erzeugte Betätigungskräfte 78 der zweiten Bewegungsrichtung 30 der Oszillationseinheit 16 entgegengesetzt. Die Wirkachsen 80 beziehungsweise 82 der Hydraulikzylinder 58 beziehungsweise 60 sind zueinander parallel, vorzugsweise miteinander kollinear, und verlaufen insbesondere durch einen Massenschwerpunkt 84 der Oszillationseinheit 16 hindurch.
  • Der Druck der in den Kammern 54, 56, 68, 70 enthaltenen Hydraulikflüssigkeit ist mittels einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 86 bezeichneten Einstelleinrichtung einstellbar.
  • Die Einstelleinrichtung 86 umfasst insbesondere eine Hydraulikpumpe 88, welche aus einem Tank 90 entnehmbare Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Öl, mit Druck beaufschlagt und in Abhängigkeit der Stellung eines 2/2-Wegeventils 92 beziehungsweise 94 die Hydraulikzylinder 58 beziehungsweise 60 und somit auch die Kammern 54 und 56 mit druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit versorgt. In Abhängigkeit des Drucks der Hydraulikflüssigkeit werden die Membrane 50 beziehungsweise 52 mehr oder weniger stark verformt, sodass das in den Energiespeichern 42 beziehungsweise 44 gespeicherte gasförmige Medium mehr oder weniger stark komprimiert wird.
  • Optional umfasst die Einstelleinrichtung 86 Niederdruckleitungen 96, 98, welche eine Rückführung von Leckflüssigkeit von den Hydraulikzylindern 58, 60 in den Tank 90 ermöglichen.
  • Die Einstelleinrichtung 86 umfasst ferner eine Steuer- oder Regeleinheit 100 zur Ansteuerung der Pumpe 88. Die Steuer- oder Regeleinheit 100 ist derart ausgebildet, dass unterschiedliche Eingangsgrößen 102, 104, 106 zur Ansteuerung der Pumpe 88 verwendet werden. Bei den Eingangsgrößen 102 bis 106 handelt es sich insbesondere um die Masse der Oszillationseinheit 16, um eine Oszillationsfrequenz der Oszillationseinheit 16 und um eine Oszillationsamplitude der Oszillationseinheit 16.
  • Die vorstehend beschriebene Vorrichtung 10 funktioniert wie folgt:
    • In Abhängigkeit der Masse der Oszillationseinheit 16, einer gewünschten Oszillationsfrequenz und eines gewünschten oder durch die Ausgestaltung des Oszillationsantriebs 18 vorgegebenen Oszillationshubs wird mittels der Steuer- oder Regeleinheit 100 eine Stellgröße 108 bestimmt, welche die Ansteuerung der Pumpe 88 kennzeichnet. Auf diese Weise kann der in den Kammern 54, 56, 68 und 70 anliegende Druck der Hydraulikflüssigkeit verändert werden, wenn die 2/2-Wegeventile 92 beziehungsweise 94 in ihre Durchflussstellung gebracht werden.
  • Nach Erreichen eines Solldrucks können die Ventile 92 beziehungsweise 94 in die in der Zeichnung dargestellte Sperrstellung gebracht werden. Durch den Druck der Hydraulikflüssigkeit wird mittels der Membran 50 beziehungsweise 52 das in den Energiespeichern 42 und 44 gespeicherte gasförmige Medium komprimiert. Das gasförmige Medium erzeugt je nach Stärke der Komprimierung eine Betätigungskraft, welche über die Membran 50 beziehungsweise 52 und über die Kammern 54, 68 beziehungsweise 56, 70 auf die Kolben 64 beziehungsweise 66 und die Kolbenstangen 72 beziehungsweise 74 übertragen werden. Auf diese Weise wirken Betätigungskräfte 76 und 78 auf die Oszillationseinheit 16. Der Betrag der Betätigungskräfte 76, 78 ist von dem Gasdruck des gasförmigen Mediums der Energiespeicher 42 beziehungsweise 44 abhängig.
  • Wenn die Antriebseinrichtung 18 sich dreht und das Pleuel 22 so bewegt wird, dass die Oszillationseinheit 16 in der ersten Bewegungsrichtung 28 verschoben wird, werden die Kolbenstange 72 und der Kolben 64 in die Kammer 68 hinein geschoben. Der hierdurch in der Kammer 68 erhöhte Druck der Hydraulikflüssigkeit wird über die Hydraulikleitung 55 auf die Hydraulikflüssigkeit in der Kammer 54 und schließlich über die Membran 50 auf das gasförmige Medium in dem ersten Energiespeicher 42 übertragen. Hierdurch wird das in dem ersten Energiespeicher 42 gespeicherte, gasförmige Medium stärker komprimiert als es einem Ausgangszustand in Form einer Mittellage der Oszillationseinheit 16 entlang der Oszillationsachse 20 entspricht.
  • Wenn die Oszillationseinheit 16 ihre Bewegungsrichtung aus der ersten Bewegungsrichtung 28 in die zweite Bewegungsrichtung 30 umkehrt, steht die Energie des zusätzlich komprimierten gasförmigen Mediums des ersten Energiespeichers 42 zur Verfügung, um über die Membran 50, die Kammer 54, die Hydraulikleitung 55, die Kammer 68, den Kolben 64 und die Kolbenstange 72 eine Betätigungskraft 76 zu erzeugen, welche die Bewegung der Oszillationseinheit 16 in der zweiten Bewegungsrichtung 30 unterstützt.
  • Nach Durchlauf einer Mittellage und zunehmender Bewegung der Oszillationseinheit 16 in der zweiten Bewegungsrichtung 30 wird die Kolbenstange 82 und der Kolben 66 in die Kammer 70 hinein geschoben. Hierdurch steigt der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Kammer 70. Dieser erhöhte Druck wird über die Hydraulikleitung 57 auf die Hydraulikflüssigkeit in der Kammer 56 übertragen. Hierdurch wird die Membran 52 so verformt, dass das in dem zweiten Energiespeicher 44 gespeicherte gasförmige Medium stärker komprimiert wird. Hierdurch wiederum kann eine Energie gespeichert werden, die in Form einer Betätigungskraft 78 genutzt wird, um eine Bewegung der Oszillationseinheit 16 in der ersten Bewegungsrichtung 28 zu unterstützen.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (10) zur Feinbearbeitung von Werkstücken (36), umfassend ein Feinbearbeitungswerkzeug (14), welches an einem Werkzeughalter (12) gehalten ist und gemeinsam mit diesem eine Oszillationseinheit (16) bildet, die mittels eines Oszillationsantriebs (18) in eine oszillierende Bewegung versetzbar ist, wobei zwei in einander entgegengesetzten Richtungen wirksame Energiespeicher (42, 44) zur Erzeugung von Betätigungskräften (76, 78) vorgesehen sind, welche die oszillierende Bewegung der Oszillationseinheit (16) unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher (42, 44) ein gasförmiges Medium umfassen, welches die oszillierende Bewegung unterstützende, gasdruckabhängige Betätigungskräfte (76, 78) erzeugt, und dass eine Einstelleinrichtung (86) zur Einstellung des Gasdrucks vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- oder Regeleinheit (100) zur Steuerung oder Regelung der Einstelleinrichtung (86) vorgesehen ist, wobei die Steuer- oder Regeleinheit (100) eine in Abhängigkeit der Masse der Oszillationseinheit (16) und/oder der Oszillationsamplitude und/oder der Oszillationsfrequenz bestimmte Stellgröße (108) bereitstellt.
  3. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher (42, 44) einen Speicherbehälter zur Speicherung des gasförmigen Mediums aufweisen, und dass ein Speichervolumen des Speicherbehälters zur Einstellung des Gasdrucks veränderbar ist.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorratsspeicher für gasförmiges Medium vorgesehen ist und dass der Gasdruck des gasförmigen Mediums der Energiespeicher (42, 44) durch Zufuhr des gasförmigen Mediums aus dem Vorratsspeicher in die Energiespeicher (42, 44) erhöhbar ist.
  5. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck durch Abführung eines Teils des in den Energiespeichern (42, 44) gespeicherten gasförmigen Mediums verkleinerbar ist.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher (42, 44) in Form von Gasdruckzylindern ausgebildet sind.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiges Medium vorgesehen ist, mittels welchem die von den Energiespeichern (42, 44) erzeugten Betätigungskräfte (76, 78) auf die Oszillationseinheit (16) übertragbar sind.
  8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des flüssigen Mediums einstellbar ist und dass durch Einstellung des Drucks des flüssigen Mediums der Gasdruck des gasförmigen Mediums einstellbar ist.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher (42, 44) von Membranspeichern (46, 48) gebildet sind, in welchen das gasförmige Medium gespeichert und unter Zwischenschaltung einer Membran (50, 52) mittels eines flüssigen Mediums mit Druck beaufschlagt ist.
  10. Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Betätigungskräfte (76, 78) auf die Oszillationseinheit (16) jeweils einem Energiespeicher (42, 44) zugeordnete Hydraulikzylinder (58, 60) vorgesehen sind.
  11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkachsen (80, 82) der Hydraulikzylinder (58, 60) parallel zu einer Oszillationsachse (20) der Oszillationseinheit (16) sind.
  12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkachsen (80, 82) der Hydraulikzylinder (58, 60) miteinander kollinear sind.
  13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkachsen (80, 82) der Hydraulikzylinder (58, 60) durch einen Massenschwerpunkt (84) der Oszillationseinheit (16) hindurch verlaufen.
  14. Verfahren zur Feinbearbeitung von Werkstücken (36), bei welchem ein Werkstück (36) mit einem Feinbearbeitungswerkzeug (14) bearbeitet wird, das an einem Werkzeughalter (12) gehalten ist, wobei das Feinbearbeitungswerkzeug (14) und der Werkzeughalter (12) eine Oszillationseinheit (16) bilden, die mittels eines Oszillationsantriebs (18) in eine oszillierende Bewegung versetzt wird, wobei die Oszillationsbewegung der Oszillationseinheit (16) durch Betätigungskräfte von zwei in einander entgegengesetzten Richtungen wirksamen Energiespeichern (42, 44) unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die die oszillierende Bewegung der Oszillationseinheit (16) unterstützenden Betätigungskräfte (76, 78) durch ein gasförmiges Medium erzeugt werden, und dass der Gasdruck des Mediums in Abhängigkeit der Masse der Oszillationseinheit (16) und/oder der Oszillationsamplitude und/oder der Oszillationsfrequenz eingestellt wird.
  15. Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 14.
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