EP3501731A1 - Verfahren zum betreiben einer feinstbearbeitungsmaschine für die erhöhung der schneidfähigkeit des werkzeuges und feinstbearbeitungsmaschine hierfür - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer feinstbearbeitungsmaschine für die erhöhung der schneidfähigkeit des werkzeuges und feinstbearbeitungsmaschine hierfür Download PDF

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EP3501731A1
EP3501731A1 EP18210607.0A EP18210607A EP3501731A1 EP 3501731 A1 EP3501731 A1 EP 3501731A1 EP 18210607 A EP18210607 A EP 18210607A EP 3501731 A1 EP3501731 A1 EP 3501731A1
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EP
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tool
workpiece
angular velocity
machining
cutting ability
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Withdrawn
Application number
EP18210607.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Schmidt
Frank Hübner
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Thielenhaus Technologies GmbH
Original Assignee
Thielenhaus Technologies GmbH
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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
    • B24B11/00—Machines or devices designed for grinding spherical surfaces or parts of spherical surfaces on work; Accessories therefor
    • B24B11/02—Machines or devices designed for grinding spherical surfaces or parts of spherical surfaces on work; Accessories therefor for grinding balls
    • B24B11/04—Machines or devices designed for grinding spherical surfaces or parts of spherical surfaces on work; Accessories therefor for grinding balls involving grinding wheels
    • B24B11/10—Machines or devices designed for grinding spherical surfaces or parts of spherical surfaces on work; Accessories therefor for grinding balls involving grinding wheels of cup type
    • 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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a superfinishing machine, with which an at least partially spherical or planar workpiece surface of a workpiece is machined by means of an active surface of the tool, wherein the tool for its cutting ability in a binder bound grains and wherein for machining superfinishing the workpiece surface the active surface is in contact with the workpiece surface and the active surface is pressed at a feed speed as a machining parameter onto the workpiece surface, and further wherein the workpiece is rotatably driven at a workpiece angular velocity as the machining parameter and / or the tool is rotationally driven at a tool angular velocity as the machining parameter.
  • the present invention further relates to a microfinishing machine for fine machining of a workpiece having an at least partially spherical or planar surface by means of a tool for carrying out the method.
  • Such a microfinishing process is also known as finishing.
  • the cutting ability of the tool decreases.
  • the decrease in cutting ability on the one hand on blunting the Cutting surfaces of the grains are returned and on the other hand on settling of the material removed from the workpiece surface material between the grains.
  • the tool is sharpened with a dressing tool or that the deposited material is removed in a rinsing step from the effective surface of the tool.
  • the machining must be interrupted and the tool supplied to a dressing station or a rinsing station, so that the total processing time extended.
  • the object of the present invention is therefore to remedy the disadvantages described with reference to the prior art and, in particular, to specify a method for operating a superfinishing machine with which the cutting ability of the tool can at least be increased or restored without significantly increasing the overall machining time.
  • the object is achieved, in particular, by a method having the features mentioned above, in which at least one machining parameter is changed during contact between the active surface and the workpiece surface such that grains and / or binders are released from the active surface, so that the cutting capability of the tool is increased.
  • a microfinishing machine for fine machining a particular spherical or planar workpiece surface workpiece having a tool, the tool for its cutting ability in a binder bound grains, comprising a workpiece holder, a tool holder and at least one drive by means of which the workpiece holder and / or the tool holder is rotatably driven, and a controller which is adapted to carry out the method according to the invention.
  • the invention thus relates to a finishing process, which is also known as a finish machining method.
  • the invention relates to such a method for machining an at least partially spherical workpiece surface, in which, for example, a cup wheel is used as the tool for machining the workpiece surface.
  • This method for example, a spherical surface of prostheses or pump piston machined.
  • the invention also relates to a method for machining a planar workpiece surface, in which a disk is used as a tool for machining the planar workpiece surface, for example.
  • the invention thus relates in particular to those finishing methods in which the working surface of the tool is in full contact with the workpiece during the machining, that is, during which the tool is not moved beyond an edge of the workpiece during finishing.
  • the workpiece can be rotationally driven by a workpiece drive about a workpiece rotation axis, wherein the possibly during step a) changing angular velocity of the rotation of the workpiece is to be understood as a processing parameter.
  • the tool can be rotationally driven by a tool drive about a tool rotation axis, so that also in step a) under certain circumstances changing angular velocity of the tool is to be regarded as a machining parameter. It can therefore be provided that in step a) either only the tool is rotationally driven or only the workpiece driven in rotation, in which case in step b) either the tool angular velocity or the workpiece angular velocity are changed.
  • both the tool and the workpiece may be rotationally driven, in which case either the tool angular velocity or the workpiece angular velocity or both the tool angular velocity and the workpiece angular velocity may be changed in step b).
  • the active surface of the tool is pressed during the machining on the workpiece surface, so that this pressure can also be considered as a machining parameter.
  • the active surface with a to the workpiece surface orthogonal, oscillating movement or force to press the workpiece surface in which case the oscillation frequency of this Andgurzi is to be regarded as a processing parameter.
  • the basic idea of the invention is that at least one machining parameter, preferably exactly two machining parameters, particularly preferably exactly three machining parameters, be changed in such a way that the forces on the grains and / or the binder of the effective surface change in this way due to the at least one changed machining parameter. that the grains and / or the binder break out.
  • grains arranged below the initial active surface are uncovered, which due to their non-blunted cutting surfaces require a higher cutting capability of the tool in a subsequent machining operation.
  • the tool thus optionally depends on the workpiece surface itself.
  • the invention proposes that at least in the short term, a processing parameter is set so that a machining is not or at least not optimal , wherein the uppermost layer of the effective surface of the tool is removed.
  • step b) can be carried out at predeterminable time intervals. These time intervals can be the same length or different lengths depending on the type of processing.
  • the cutting capability of the tool is determined and step b) falls below a predefinable critical Cutting capability is performed.
  • the cutting capability is determined while performing step a).
  • the cutting ability can also be determined by determining the torque of the drive or the drive driving the workpiece by comparison with corresponding stored data.
  • step b) the workpiece angular velocity and / or the tool angular velocity in particular by at least 25%, preferably at least 30% and more preferably by at least 40% compared to the value of the workpiece angular velocity or to the value of the tool angular velocity in step a ) is changed, in particular lowered. Due to this relatively large and in particular abrupt lowering of the angular velocity forces acting on the grains change so much that they are released from the binder or with the binder of the active surface.
  • the workpiece angular velocity and / or the tool angular velocity in step b) could also be increased compared to the value in step a).
  • Changing the values of the processing parameters from step a) to the value of the processing parameter in step b) is preferably carried out in at most 1 s (second), more preferably in at most 0.1 s.
  • step b) additionally or exclusively the delivery speed is changed.
  • the feed rate is changed in step b) in particular by at least 25%, preferably by at least 30% and more preferably by at least 40% compared to the value of the feed rate in step a).
  • the feed rate in step b) is lowered or completely switched off. In this way, the force on the grains is also changed so that they dissolve out of the effective surface.
  • a force between the tool and the workpiece can be measured and step b) can be carried out when a predefinable critical force is exceeded or undershot.
  • the inventive method can also be easily retrofit to existing machines that have a force control.
  • the speed of delivery refers to the speed with which the tool is moved towards the workpiece during the machining, while the effective surface and the workpiece surface are already in contact with each other.
  • the feed rate thus correlates with the force acting between the active surface and the workpiece surface pressing force.
  • the feed rate can also be set to zero, so that due to the continuous material removal, the contact force decreases over time.
  • the delivery speed is at least 0.1 ⁇ m / s [micrometers per second], more preferably at least 1 ⁇ m / s but not more than 10 ⁇ m / s.
  • the delivery speed is lowered is and that after falling below a predetermined minimum force, the delivery speed is increased. In particular, the delivery speed is lowered to zero in the meantime.
  • the workpiece angular velocity and / or the tool angular velocity is reduced and wherein after falling below a predetermined minimum force, the workpiece angular velocity and / or the tool angular velocity is increased. Due to the particular repetitive change in the feed rate, the workpiece angular velocity and / or the tool angular velocity is achieved particularly effectively that dissolve grains and / or binders from the active surface and exposing underlying grains with fresh cutting edges.
  • the figure shows a workpiece 1 in the form of a spherical hip joint prosthesis.
  • the workpiece 1 has a spherical workpiece surface 2, which is machined by means of a tool 3 designed as a cup wheel.
  • An active surface 4 of the tool 3 presses on the workpiece surface 2 for this purpose.
  • the active surface 4 of the tool 3 comprises grains bound in binder.
  • the workpiece 1 is rotatably driven at a workpiece angular velocity 6 and the tool 3 at a tool angular velocity 7 while the tool 3 is pressed onto the workpiece surface 2 with a pressing force 5.
  • the angle of the axes of rotation of the workpiece 1 and the tool 3 to each other can change.
  • the invention now provides that the workpiece angular velocity 6 of the workpiece 1, the tool angular velocity 7 of the tool 3 and / or the pressing force 5 are changed to such an extent that truncated grains detach from the active surface 4 of the tool 3 and sharp grains arranged behind them uncover.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Feinstbearbeitungsmaschine, mit der eine zumindestens abschnittsweise kugelförmige oder plane Werkstückoberfläche (2) eines Werkstückes (1) mittels einer Wirkfläche (4) eines Werkzeugs (3) spanend bearbeitbar ist, wobei das Werkzeug (3) für seine Schneidfähigkeit in einem Bindemittel gebundene Körner aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Feinstbearbeitungsmaschine, mit der eine zumindestens abschnittsweise kugelförmige oder plane Werkstückoberfläche eines Werkstückes mittels einer Wirkfläche des Werkzeuges spanend bearbeitet wird, wobei das Werkzeug für seine Schneidfähigkeit in einem Bindemittel gebundene Körner aufweist und wobei zum spanenden Feinstbearbeiten der Werkstückoberfläche die Wirkfläche mit der Werkstückoberfläche in Kontakt ist und die Wirkfläche mit einer Zustellgeschwindigkeit als ein Bearbeitungsparameter auf die Werkstückoberfläche gedrückt wird und wobei ferner das Werkstück mit einer Werkstückwinkelgeschwindigkeit als Bearbeitungsparameter rotatorisch angetrieben wird und/oder das Werkzeug mit einer Werkzeugwinkelgeschwindigkeit als Bearbeitungsparameter rotatorisch angetrieben wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Feinstbearbeitungsmaschine zur spanenden Feinstbearbeitung eines eine zumindestens abschnittsweise kugelförmige oder plane Oberfläche aufweisenden Werkstückes mittels eines Werkzeuges zur Durchführung des Verfahrens.
  • Ein solches Feinstbearbeitungsverfahren ist auch als Finishbearbeitung bekannt. Während der Bearbeitung nimmt die Schneidfähigkeit des Werkzeuges ab. Die Abnahme der Schneidfähigkeit kann einerseits auf Abstumpfung der Schneidflächen der Körner zurückgeführt werden und andererseits auf ein Absetzen des von der Werkstückoberfläche abgetragenen Materials zwischen den Körnern. Zur Erhöhung der Schneidfähigkeit oder zur Wiederherstellung der Schneidfähigkeit ist es daher bekannt, dass das Werkzeug mit einem Abrichtwerkzeug aufgeschärft wird oder dass das abgesetzte Material in einem Spülschritt von der Wirkfläche des Werkzeuges entfernt wird. In beiden Fällen muss allerdings das spanende Bearbeiten unterbrochen werden und das Werkzeug einer Abrichtstation oder einer Spülstation zugeführt werden, so dass sich die Gesamtbearbeitungszeit verlängert.
  • In Deneka, Berend; Tönshoff, Hans Kurt: Spanen: Grundlagen. 3., bearb. und erw. Aufl. Berlin: Springer, 2011 ist das Schleifen und Feinschleifen eines Werkstückes beschrieben, welche einer Feinstbearbeitung eines Werkstückes vorausgehen. DE 10 2015 203 109 A1 betrifft ebenfalls das Schleifen eines Werkstückes mittels einer Schleifscheibe, welches vor der Feinstbearbeitung eines Werkstückes erfolgt. Auch DE 0 150 972 T1 betrifft das einer Feinstbearbeitung vorausgehende Schleifen eines Werkstückes.
  • Aus DE 10 2013 220 507 A1 und DD 2 75 838 A1 ist zudem das Honen einer Bohrung bekannt.
  • Aus US 7,645,180 B2 ist zudem bekannt, dass Bearbeitungsparameter während des spanenden Bearbeitens so geregelt werden, dass das Werkzeug nicht zu schnell abstumpft. Hierzu wird beispielsweise der zeitliche Verlauf der Andrückkraft zwischen Wirkfläche und Werkstückoberfläche geregelt. Aus US 7,645,180 B2 ist allerdings nicht bekannt, wie ein abgestumpftes Werkzeug wieder aufgeschärft werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Nachteile zu beheben und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Feinstbearbeitungsmaschine anzugeben, mit welchem die Schneidfähigkeit des Werkzeuges zumindest erhöht oder wiederhergestellt werden kann, ohne dass sich die Gesamtbearbeitungszeit wesentlich verlängert.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Weiterbildungen in technisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinierbar sind.
  • Gelöst wird die Aufgabe insbesondere durch ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen, bei dem während des Inkontaktsstehens von Wirkfläche und Werkstückoberfläche wenigstens ein Bearbeitungsparameter derart geändert wird, dass Körner und/oder Bindemittel aus der Wirkfläche gelöst werden, sodass die Schneidfähigkeit des Werkzeuges erhöht wird.
  • Die Aufgabe wird auch durch eine Feinstbearbeitungsmaschine zur spanenden Feinstbearbeitung eines eine insbesondere sphärische oder plane Werkstückoberfläche aufweisenden Werkstücks mittels eines Werkzeuges gelöst, wobei das Werkzeug für seine Schneidfähigkeit in einem Bindemittel gebundene Körner aufweist, umfassend eine Werkstückaufnahme, eine Werkzeugaufnahme und mindestens einen Antrieb, mittels welchem die Werkstückaufnahme und/oder die Werkzeugaufnahme rotatorisch antreibbar ist, sowie eine Steuerung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Die Erfindung betrifft also ein Endbearbeitungsverfahren, welches auch als Finishbearbeitungsverfahren bekannt ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein solches Verfahren zur Bearbeitung einer zumindest abschnittsweise kugelförmigen Werkstückoberfläche, bei dem als Werkzeug beispielsweise eine Topfscheibe zur Bearbeitung der Werkstückoberfläche eingesetzt wird. Mit diesem Verfahren wird beispielsweise eine Kugeloberfläche von Prothesen oder von Pumpenkolben bearbeitet. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Bearbeitung einer planen Werkstückoberfläche, bei dem als Werkzeug beispielsweise eine Scheibe zur Bearbeitung der planen Werkstückoberfläche eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft also insbesondere solche Endbearbeitungsverfahren, bei denen die Wirkfläche des Werkzeugs während der Bearbeitung vollständig in Kontakt mit dem Werkstück ist, bei denen also das Werkzeug während der Endbearbeitung nicht über eine Kante des Werkstücks hinausbewegt wird.
  • Bei diesen Verfahren kann das Werkstück von einem Werkstückantrieb rotatorisch um eine Werkstückrotationsachse angetrieben werden, wobei die sich gegebenenfalls während Schritt a) ändernde Winkelgeschwindigkeit der Rotation des Werkstückes als Bearbeitungsparameter aufzufassen ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Werkzeug von einem Werkzeugantrieb rotatorisch um eine Werkzeugrotationsachse angetrieben werden, sodass auch die sich in Schritt a) unter Umständen ändernde Winkelgeschwindigkeit des Werkzeuges als Bearbeitungsparameter aufzufassen ist. Es kann also vorgesehen sein, dass in Schritt a) entweder nur das Werkzeug rotatorisch angetrieben wird oder nur das Werkstück rotatorisch angetrieben, in welchem Fall in Schritt b) entweder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit oder die Werkstückwinkelgeschwindigkeit geändert werden. Es können aber auch sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück rotatorisch angetrieben werden, in welchem Fall in Schritt b) entweder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit oder die Werkstückwinkelgeschwindigkeit oder sowohl die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit als auch die Werkstückwinkelgeschwindigkeit geändert werden kann.
  • Darüber hinaus wird die Wirkfläche des Werkzeuges während der spanenden Bearbeitung auf die Werkstückoberfläche gedrückt, sodass dieser Druck ebenfalls als Bearbeitungsparameter aufgefasst werden kann. Zur Erhöhung der Abtragsrate ist es zudem bekannt, die Wirkfläche mit einer zu der Werkstückoberfläche orthogonalen, oszillierenden Bewegung oder Kraft auf die Werkstückoberfläche zu drücken, in welchem Fall die Oszillationsfrequenz dieser Andrückbewegung als Bearbeitungsparameter aufzufassen ist.
  • Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass zumindest ein Bearbeitungsparameter, bevorzugt genau zwei Bearbeitungsparameter, besonders bevorzugt genau drei Bearbeitungsparameter so geändert werden, dass sich aufgrund des mindestens einen geänderten Bearbeitungsparameters die Kräfte auf die Körner und/oder das Bindemittel der Wirkfläche so ändern, dass die Körner und/oder das Bindemittel ausbrechen. Somit werden unterhalb der anfänglichen Wirkfläche angeordnete Körner freigelegt, welche aufgrund ihrer nichtabgestumpften Schneidflächen eine höhere Schneidfähigkeit des Werkzeuges bei einer nachfolgenden spanenden Bearbeitung bedingen. Für diese Schärfung des Werkzeuges ist es also nicht erforderlich, dass das Werkzeug von dem Werkstück abgehoben und einer gesonderten Station zur Aufschärfung des Werkzeuges zugeführt wird. Das Werkzeug richtet sich somit gegebenenfalls an der Werkstückoberfläche selbst ab. Während also gemäß dem Stand der Technik die Bearbeitungsparameter gegebenenfalls unter einer zeitlichen Änderung so eingestellt wurden, dass eine optimale spanende Bearbeitung erfolgt, schlägt die Erfindung vor, dass zumindest kurzfristig ein Bearbeitungsparameter so eingestellt wird, dass eine spanende Bearbeitung gar nicht oder zumindest nicht optimal erfolgt, wobei die oberste Schicht der Wirkfläche des Werkzeuges entfernt wird.
  • Um sicher zu stellen, dass das Werkzeug regelmäßig aufgeschärft wird, kann Schritt b) nach vorgebbaren Zeitintervallen durchgeführt werden. Diese Zeitintervalle können je nach Art der Bearbeitung gleichlang oder unterschiedlich lang sein.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schneidfähigkeit des Werkzeuges ermittelt und Schritt b) nach Unterschreiten einer vorgebbaren kritischen Schneidfähigkeit durchgeführt wird. Insbesondere wird die Schneidfähigkeit während Durchführung des Schritts a) ermittelt. So kann beispielsweise anhand der Ermittlung der Andrückkraft zwischen Wirkfläche und Werkstückoberfläche bei ansonsten vorgegebenen Bearbeitungsparametern durch Vergleich mit hinterlegten Druckwerten für diese Bearbeitungsparameter festgestellt werden, ob und gegebenenfalls zu welchem Grade die Wirkfläche abgestumpft ist. Alternativ kann die Schneidfähigkeit auch durch Ermittlung des Drehmoments des das Werkzeug oder des das Werkstück antreibenden Antriebs durch Vergleich mit entsprechend hinterlegten Daten ermittelt werden.
  • In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass im Schritt b) die Werkstückwinkelgeschwindigkeit und/oder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit insbesondere um mindestens 25%, bevorzugt mindestens 30 % und besonders bevorzugt um mindestens 40% gegenüber dem Wert der Werkstückwinkelgeschwindigkeit beziehungsweise gegenüber dem Wert der Werkzeugwinkelgeschwindigkeit im Schritt a) geändert, insbesondere abgesenkt wird. Durch diese relativ große und insbesondere schlagartige Absenkung der Winkelgeschwindigkeit ändern sich auf die Körner wirkenden Kräfte so stark, dass diese aus dem Bindemittel beziehungsweise mit dem Bindemittel von der Wirkfläche gelöst werden.
  • Prinzipiell könnte die Werkstückwinkelgeschwindigkeit und/oder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit in Schritt b) auch gegenüber dem Wert in Schritt a) erhöht werden.
  • Es wäre auch vorstellbar, dass der Wert des mindestens einen Bearbeitungsparameters während des Schritts b) schnell oszillierend geändert wird.
  • Das Ändern der Werte der Bearbeitungsparameter aus Schritt a) zu dem Wert des Bearbeitungsparameters in Schritt b) erfolgt bevorzugt in höchstens 1 s (Sekunde), besonders bevorzugt in höchstens 0,1 s.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in Schritt b) zusätzlich oder ausschließlich die Zustellgeschwindigkeit geändert wird. Die Zustellgeschwindigkeit wird in Schritt b) insbesondere um mindestens 25 %, bevorzugt um mindestens 30 % und besonders bevorzugt um mindestens 40 % gegenüber dem Wert der Zustellgeschwindigkeit in Schritt a) geändert. Insbesondere wenn sonst kein anderer Bearbeitungsparameter geändert wird, wird die Zustellgeschwindigkeit in Schritt b) gesenkt oder ganz abgeschaltet. Auf diese Weise wird ebenfalls die Kraft auf die Körner so verändert, dass sie sich aus der Wirkfläche lösen.
  • Für eine einfache Feststellung der Abstumpfung des Werkzeuges kann eine Kraft zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gemessen werden und Schritt b) bei Überschreiten oder Unterschreiten einer vorgebbaren kritischen Kraft durchgeführt werden. Somit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch einfach auf bereits vorhandenen Maschinen nachrüsten, die eine Kraftsteuerung aufweisen.
  • Mit der Zustellgeschwindigkeit ist diejenige Geschwindigkeit gemeint, mit der das Werkzeug während der spanenden Bearbeitung auf das Werkstück zu bewegt wird, während Wirkfläche und Werkstückoberfläche bereits in Kontakt miteinander sind. Die Zustellgeschwindigkeit korreliert also mit der zwischen Wirkfläche und Werkstückoberfläche wirkenden Andrückkraft. Die Zustellgeschwindigkeit kann auch auf null eingestellt sein, sodass aufgrund des fortwährenden Materialabtrags die Andrückkraft mit der Zeit abnimmt. Während der aktivierten Zustellung beträgt die Zustellgeschwindigkeit mindestens 0,1 µm/s [Mikrometer pro Sekunde], besonders bevorzugt mindestens 1 µm/s aber höchstens 10 µm/s.
  • In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass nach Überschreiten der vorgebbaren kritischen Kraft die Zustellgeschwindigkeit abgesenkt wird und dass nach Unterschreiten einer vorgebbaren minimalen Kraft die Zustellgeschwindigkeit erhöht wird. Insbesondere wird die Zustellgeschwindigkeit zwischenzeitlich auf null abgesenkt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass nach Überschreiten der vorgebbaren kritischen Kraft die Werkstückwinkelgeschwindigkeit und/oder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit reduziert wird und wobei nach Unterschreiten einer vorgebbaren minimalen Kraft die Werkstückwinkelgeschwindigkeit und/oder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit erhöht wird. Durch die sich insbesondere wiederholende Änderung der Zustellgeschwindigkeit, der Werkstückwinkelgeschwindigkeit und/oder der Werkzeugwinkelgeschwindigkeit wird besonders effektiv erreicht, dass sich Körner und/oder Bindemittel aus der Wirkfläche lösen und darunterliegende Körner mit frischen Schneidkanten freilegen.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figur beispielhaft erläutert.
  • Die Figur zeigt ein Werkstück 1 in Form einer kugelförmigen Hüftgelenksprothese. Das Werkstück 1 weist eine sphärische Werkstückoberfläche 2 auf, welche mittels eines als Topfscheibe ausgebildeten Werkzeuges 3 bearbeitet wird. Eine Wirkfläche 4 des Werkzeuges 3 drückt hierzu auf der Werkstückoberfläche 2 auf. Die Wirkfläche 4 des Werkzeugs 3 umfasst in Bindemittel gebundene Körner.
  • Während der Endbearbeitung wird das Werkstück 1 mit einer Werkstückwinkelgeschwindigkeit 6 und das Werkzeug 3 mit einer Werkzeugwinkelgeschwindigkeit 7 rotatorisch angetrieben, während das Werkzeug 3 mit einer Andrückkraft 5 auf die Werkstückoberfläche 2 gedrückt wird. Zudem kann sich der Winkel der Rotationsachsen des Werkstücks 1 und des Werkzeuges 3 zueinander ändern.
  • Die Erfindung sieht nun vor, dass die Werkstückwinkelgeschwindigkeit 6 des Werkstücks 1, die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit 7 des Werkzeugs 3 und/oder die Andrückkraft 5 in einem solchen Maße geändert werden, dass sich abgestumpfte Körner aus der Wirkfläche 4 des Werkzeuges 3 lösen und dahinter angeordnete scharfe Körner freilegen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Werkstück
    2
    Werkstückoberfläche
    3
    Werkzeug
    4
    Wirkfläche
    5
    Andrückkraft
    6
    Werkstückwinkelgeschwindigkeit
    7
    Werkzeugwinkelgeschwindigkeit

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Feinstbearbeitungsmaschine, mit der eine zumindestens abschnittsweise kugelförmige oder plane Werkstückoberfläche (2) eines Werkstückes (1) mittels einer Wirkfläche (4) eines Werkzeugs (3) spanend bearbeitbar ist, wobei das Werkzeug (3) für seine Schneidfähigkeit in einem Bindemittel gebundene Körner aufweist, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    a) Spanendes Feinstbearbeiten der Werkstückoberfläche (2), wobei die Wirkfläche (4) mit der Werkstückoberfläche (2) in Kontakt ist und die Wirkfläche (4) mit einer Zustellgeschwindigkeit als ein Bearbeitungsparameter auf die Werkstückoberfläche (2) gedrückt wird und wobei das Werkstück (1) mit einer Werkstückwinkelgeschwindigkeit (6) als Bearbeitungsparameter rotatorisch angetrieben wird und/oder das Werkzeug (3) mit einer Werkzeugwinkelgeschwindigkeit (7) als Bearbeitungsparameter rotatorisch angetrieben wird,
    b) Ändern wenigstens eines Bearbeitungsparameters, während die Wirkfläche (4) mit der Werkstückoberfläche (2) in Kontakt ist, derart, dass Körner und/oder Bindemittel aus der Wirkfläche (4) gelöst werden, so dass die Schneidfähigkeit des Werkzeuges (3) erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt b) nach vorgebbaren Zeitintervallen durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schneidfähigkeit des Werkzeuges (3) ermittelt wird und Schritt b) nach Unterschreiten einer vorgebbaren kritischen Schneidfähigkeit durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) die Werkstückwinkelgeschwindigkeit (6) und/oder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit (7) um mindestens 25 % gegenüber dem Wert der ersten Relativgeschwindigkeit in Schritt a) geändert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) die Zustellgeschwindigkeit geändert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zwischen dem Werkzeug (3) und dem Werkstück (1) wirkende Kraft gemessen wird und Schritt b) bei Überschreiten oder Unterschreiten einer vorgebbaren kritischen Kraft durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei nach Überschreiten der vorgebbaren kritischen Kraft die Zustellgeschwindigkeit abgsenkt wird und wobei nach Unterschreiten einer vorgebbaren minimalen Kraft die Zustellgeschwindigkeit erhöht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei nach Überschreiten der vorgebbaren kritischen Kraft die Werkstückwinkelgeschwindigkeit (6) und/oder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit (7) reduziert wird und wobei nach Unterschreiten einer vorgebbaren minimalen Kraft die Werkstückwinkelgeschwindigkeit (6) und/oder die Werkzeugwinkelgeschwindigkeit (7) wieder erhöht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks (1) sphärisch gekrümmt ist oder plan ist.
  10. Feinstbearbeitungsmaschine zur spanenden Feinstbearbeitung eines eine zumindestens abschnittsweise kugelförmige oder plane Werkstückoberfläche aufweisenden Werkstücks (1) mittels eines Werkzeuges (3), wobei das Werkzeug (3) für seine Schneidfähigkeit in einem Bindemittel gebundene Körner aufweist, umfassend eine Werkstückaufnahme, eine Werkzeugaufnahme und mindestens einen Antrieb, mittels welchem die Werkstückaufnahme und/oder die Werkzeugaufnahme rotatorisch antreibbar ist, sowie eine Steuerung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
EP18210607.0A 2017-12-20 2018-12-06 Verfahren zum betreiben einer feinstbearbeitungsmaschine für die erhöhung der schneidfähigkeit des werkzeuges und feinstbearbeitungsmaschine hierfür Withdrawn EP3501731A1 (de)

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