WO2008019643A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten und auswuchten flacher werkstücke - Google Patents

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WO2008019643A1 PCT/DE2007/001262 DE2007001262W WO2008019643A1 WO 2008019643 A1 WO2008019643 A1 WO 2008019643A1 DE 2007001262 W DE2007001262 W DE 2007001262W WO 2008019643 A1 WO2008019643 A1 WO 2008019643A1
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workpiece
machining
unbalance
imbalance
receptacle
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Markus Hessbrüggen
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Emag Holding Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/30—Compensating unbalance
    • G01M1/34—Compensating unbalance by removing material from the body to be tested, e.g. from the tread of tyres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/12—Static balancing; Determining position of centre of gravity

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for processing and balancing flat workpieces, for example wheel hubs or brake disks for motor vehicles.
  • wheel hubs and brake discs in vehicle technology must be balanced within very narrow tolerances.
  • the imbalances are determined on commercially available balancing machines on the rotating workpieces and compensated by material removal or by attaching additional weights. From DE 2 215 529 a method is known, wherein at the location where the imbalance is, a machining is performed, for example by drilling or removal of a circular section along a secant by milling, grinding or broaching.
  • DE 19526 751 A1 describes a machine tool with integrated balancing device. The specimens are rotated and determined by sensors size and phase of an unbalance to be compensated.
  • a likewise rotating cutting tool is delivered to the test object, so that material is removed.
  • the phase angles of the cutting tool and the test object are synchronized.
  • the cycle time required for machining the workpiece is extended by first setting the workpiece in rotation and then decelerating it again to determine the imbalance.
  • the workpiece is removed from a workpiece carrier from a conveyor, for machining, for example, turning, milling or grinding, clamped and machined dimensionally and dimensionally.
  • an unbalance measuring device for determining the static unbalance according to direction and size is provided.
  • An advantageous aspect of the invention is to use a balancing weigher. The measuring accuracy of such balancing scales has been constantly improved in recent years. Although they have proven to be effective in balancing very low strength bodies, such as unfired grinding wheel blanks, other flat workpieces have undergone rotary balancing devices.
  • the method according to the invention can be carried out particularly advantageously on a processing machine with a vertical pick-up spindle. Following the dimensional and shape machining of the workpiece, it is placed directly on the balancing scale. After the unbalance has been detected, the workpiece is picked up again by the pick-up spindle and can then be machined immediately at the point where the imbalance is located.
  • a first embodiment of a device according to the invention for machining and balancing shows the Fig. 1.
  • the machine frame 1 carries on its upper side, the guideways 9.
  • the cross slide 5 is guided in the direction of the X-axis movable. It is moved by the motor 10 via the threaded spindle 11.
  • the workpiece carrier 6 is movably guided in the direction of the Z-axis.
  • the workpiece carrier 6 is designed as a vertical motor spindle and carries on its underside the clamping device 12 for receiving, clamping, driving and depositing workpieces 8.
  • the tool turret 2 is received with the tools 4 on the left side.
  • the unbalance measuring device 3 is arranged.
  • a work cycle begins with the workpiece carrier 6 removing a workpiece 8 from the conveyor 7 and transporting it into the working space 15 by means of methods along the X axis.
  • the workpiece 8 is first dimensionally and dimensionally rotated by the tools 4.
  • the machining process is followed by the balancing process.
  • the workpiece 8 is stored by the workpiece carrier 6 on the imbalance measuring device 3.
  • the static imbalance is determined by direction and size.
  • the workpiece carrier 6 picks up the workpiece 8 again. If the imbalance is outside predetermined tolerances, the workpiece 8 is machined at the location where the imbalance is located, for example by drilling or removal of a circular section along a secant by milling, grinding or broaching.
  • Fig. 2 shows the imbalance measuring device 3 in an enlarged view.
  • the receptacle 17 is gimballed and can be pivoted about two orthogonal pivot axes 21, 22.
  • the resulting during the measurement deflections of the receptacle 17 are detected by measuring members 18 and can be compensated via the actuators 20.
  • a workpiece 8 has been placed on the unbalance measuring device 3, so that the center of gravity is perpendicular to the cardan turning point.
  • An imbalance causes the receptacle 17 performs a rotational movement about the pivot axis 22.
  • the center of gravity lies laterally next to the cardan pivot point. He creates a moment that simulates a nonexistent imbalance. To avoid such measurement errors is a
  • Compensation device which detects the deflection 23 with measuring members 18 and the pickup 17 rotates back via the actuators 20 until the deflection 23 assumes the value zero.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Auswuchten flacher Werkstücke, zum Beispiel Radnaben oder Bremsscheiben für Kraftfahrzeuge, mit einer Bearbeitungsmaschine mit einem Werkstückträger (6), mit mindestens einem Werkzeug (4) zur spanabhebenden Bearbeitung, mit einer Transporteinrichtung (7) für die Werkstücke (8) und mit einer Unwuchtmesseinrichtung (3) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Aufnehmen des Werkstücks (8) von der Transporteinrichtung (7) durch den Werkstückträger (6), b) Bewegen der Werkstücks (8) in den Wirkbereich des Werkzeugs (4) und Durchführen der spanabhebenden Bearbeitung, c) Ablegen des Werkstücks (8) auf der Unwuchtmesseinrichtung (3) und Bestimmung der statischen Unwucht nach Richtung und Größe, d) Aufnehmen des Werkstücks (8) durch den Werkstückträger (6), e) Durchführen einer spanabhebenden Bearbeitung an der Stelle des Werkstücks (8), an der die Unwucht liegt, f) Ablegen des Werkstücks (8) auf der Transporteinrichtung (7), wobei die Unwucht am ruhenden Werkstück (8) bestimmt wird.

Description

EMAG Holding GmbH Unser Zeichen: 0606 DE
Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten und Auswuchten flacher Werkstücke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Auswuchten flacher Werkstücke, zum Beispiel Radnaben oder Bremsscheiben für Kraftfahrzeuge. Neben anderen Präzisionsbauteilen müssen in der Fahrzeugtechnik Radnaben und Bremsscheiben innerhalb sehr enger Toleranzen ausgewuchtet werden. Die Unwuchten werden auf handelsüblichen Auswuchtmaschinen an den rotierenden Werkstücken bestimmt und durch Materialabtrag oder durch Anbringen von Zusatzgewichten ausgeglichen. Aus der DE 2 215 529 ist ein Verfahren bekannt, wobei an der Stelle, an der die Unwucht liegt, eine spanabhebende Bearbeitung vorgenommen wird, beispielsweise durch Bohren oder Abtrag eines Kreisabschnitts längs einer Sekante durch Fräsen, Schleifen oder Räumen. Die DE 19526 751 A1 beschreibt eine Werkzeugmaschine mit integrierter Wuchteinrichtung. Dabei werden die Prüflinge in Rotation versetzt und über Sensoren Größe und Phasenlage einer auszugleichenden Unwucht ermittelt. Gleichzeitig wird ein ebenfalls rotierendes Schneidwerkzeug auf den Prüfling zugestellt, so dass Material abgetragen wird. Dabei sind die Phasenwinkel von Schneidwerkzeug und Prüfling synchronisiert. Bei beiden Verfahren wird die zur Bearbeitung des Werkstücks erforderliche Zykluszeit dadurch verlängert, dass zur Bestimmung der Unwucht das Werkstück zunächst in Rotation versetzt und anschließend wieder abgebremst wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken anzugeben, wobei der Aufwand für das Auswuchten und die für die Werkstückbearbeitung erforderliche Zykluszeit verringert werden. Es ist auch Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen nach Patentanspruch 5. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück von einem Werkstückträger aus einer Fördereinrichtung entnommen, zur spanabhebenden Bearbeitung, z.B. Drehen, Fräsen oder Schleifen, eingespannt und maß- und formhaltig bearbeitet. Ferner ist eine Unwuchtmesseinrichtung zur Bestimmung der statischen Unwucht nach Richtung und Größe vorgesehen. Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt darin eine Auswuchtwaage einzusetzen. Die Messgenauigkeit von derartigen Auswuchtwaagen wurde in den letzten Jahren ständig verbessert. Obwohl sie sich beim Wuchten von Körpern mit sehr geringer Festigkeit, z.B. ungebrannten Schleifscheibenrohlingen, bewährt haben, setzten sich bei anderen flachen Werkstücken die Auswuchtvorrichtungen mit rotativem Antrieb durch. Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft auf einer Bearbeitungsmaschine mit vertikaler Pick-up-Spindel ausgeführt werden. Im Anschluss an die maß- und formhaltige Bearbeitung des Werkstücks wird dieses direkt auf der Auswuchtwaage abgelegt. Nachdem die Unwucht ermittelt wurde, wird das Werkstück von der Pick-up-Spindel erneut aufgenommen und kann dann sofort an der Stelle, an der sich die Unwucht befindet spanabhebend bearbeitet werden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum spanabhebenden Bearbeiten und Auswuchten zeigt die Fig. 1. Das Maschinengestell 1 trägt an seiner Oberseite die Führungsbahnen 9. Auf diesen ist der Kreuzschlitten 5 in Richtung der X-Achse beweglich geführt. Er wird vom Motor 10 über die Gewindespindel 11 bewegt. Am Kreuzschlitten 5 ist der Werkstückträger 6 in Richtung der Z-Achse beweglich geführt. Der Werkstückträger 6 ist als vertikale Motorspindel ausgeführt und trägt an seiner Unterseite die Spannvorrichtung 12 zum Aufnehmen, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken 8. Im Maschinengestell 1 ist auf der linken Seite der Werkzeugrevolver 2 mit den Werkzeugen 4 aufgenommen. An der mittleren Wand 13 des Maschinengestells 1 ist die Unwuchtmesseinrichtung 3 angeordnet. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beginnt ein Arbeitszyklus damit, dass der Werkstückträger 6 ein Werkstück 8 von der Fördereinrichtung 7 entnimmt und durch Verfahren entlang der X-Achse in den Arbeitsraum 15 transportiert. Dort wird das Werkstück 8 zunächst von den Werkzeugen 4 maß- und formhaltig gedreht. An die spanende Bearbeitung schließt sich der Auswuchtvorgang an. Dazu wird das Werkstück 8 vom Werkstückträger 6 auf der Unwuchtmesseinrichtung 3 abgelegt. Dort wird die statische Unwucht nach Richtung und Größe bestimmt. Dann nimmt der Werkstückträger 6 das Werkstück 8 wieder auf. Falls die Unwucht außerhalb vorbestimmter Toleranzen liegt, wird das Werkstück 8 an der Stelle, an der die Unwucht liegt, spanabhebend bearbeitet, beispielsweise durch Bohren oder Abtrag eines Kreisabschnitts längs einer Sekante durch Fräsen, Schleifen oder Räumen. Nachdem das Werkstück 8 ausgewuchtet ist, wird es vom Werkstückträger 6 wieder auf der Fördereinrichtung 7 zurückgelegt. Eine Tür 24 schützt die schmutzempfindliche Unwuchtmesseinrichtung vor Verunreinigungen wie Spänen, Kühlmittel usw. Fig. 2 zeigt die Unwuchtmesseinrichtung 3 in vergrößerter Darstellung. Die
Aufnahme 17 ist kardanisch aufgehängt und kann um zwei orthogonal zueinander angeordnete Schwenkachsen 21 , 22 geschwenkt werden. Die beim Messvorgang entstehenden Auslenkungen der Aufnahme 17 werden über Messglieder 18 erfasst und können über die Stellglieder 20 kompensiert werden. In Fig. 3 wurde ein Werkstück 8 auf die Unwuchtmesseinrichtung 3 aufgelegt, so dass der Schwerpunkt sich lotrecht über dem Kardandrehpunkt befindet. Eine Unwucht bewirkt jedoch, dass die Aufnahme 17 eine Drehbewegung um die Schwenkachse 22 ausführt. Dadurch liegt der Schwerpunkt seitlich neben dem Kardandrehpunkt. Er erzeugt dabei ein Moment, welches eine nicht vorhandene Unwucht vortäuscht. Zur Vermeidung derartiger Messfehler ist eine
Kompensationseinrichtung vorgesehen, welche mit Messgliedern 18 die Auslenkung 23 erfasst und über die Stellglieder 20 die Aufnehme 17 zurückdreht, bis die Auslenkung 23 den Wert Null annimmt.
Bezugszeichenliste
1 Maschinengestell
2 Werkzeugrevolver
3 Unwuchtmesseinrichtung
4 Werkzeuge
5 Kreuzschlitten
6 Werkstückträger
7 Fördereinrichtung
8 Werkstück
9 Führungsbahn
10 Motor
11 Gewindespindel
12 Spannvorrichtung
13 Wand
14 U nwuchtmessposition
15 Bearbeitu ngsposition
16 Aufnahme- Ablageposition
17 Aufnahme
18 Messglied
19 Steuerung
20 Stellglied
21 22 Schwenkachse
23 Auslenkung
24 Tür

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bearbeiten und Auswuchten flacher Werkstücke (8), zum Beispiel Radnaben oder Bremsscheiben für Kraftfahrzeuge, mit einer Bearbeitungsmaschine mit einem Werkstückträger (6), mit mindestens einem
Werkzeug (4) zur spanabhebenden Bearbeitung, mit einer Transporteinrichtung (7) für die Werkstücke (8) und mit einer Unwuchtmesseinrichtung (3)
mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Aufnehmen des Werkstücks (8) von der Transporteinrichtung (7) durch den Werkstückträger (6),
b) Bewegen der Werkstücks (8) in den Wirkbereich des Werkzeugs (4) und
Durchführen der spanabhebenden Bearbeitung,
c) Ablegen des Werkstücks (8) auf der Unwuchtmesseinrichtung (3) und Bestimmung der statischen Unwucht nach Richtung und Größe
d) Aufnehmen des Werkstücks (8) durch den Werkstückträger (6)
e) Beseitigen der Unwucht durch spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks (8),
f) Ablegen des Werkstücks (8) auf der Transporteinrichtung (7),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Unwucht am ruhenden Werkstück (8) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte c), d) und e) wiederholt werden, bis die im Werkstück (8) verbleibende Unwucht innerhalb vorbestimmter Toleranzen liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Werkstück (8) zur Bestimmung der Unwucht auf einer in mindestens einem Freiheitsgrad gegen die Wirkung einer Gegenkraft beweglich angeordneten Aufnahme (17) abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkraft den Ausschlag der Aufnahme (17) kompensiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur Kompensation mindestens ein auf den Ausschlag (23) der Aufnahme (17) ansprechendes Messglied (18) und eine Steuerung (19) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (17) durch die Wirkung der erzeugten Gegenkraft in die
Ausgangslage zurückgestellt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks (8), mit einem Werkstückträger (6) zum Aufnehmen, Spannen, Antreiben und Ablegen von
Werkstücken (8), mit Werkzeugen (4), wobei die Werkzeuge (4) und der Werkstückträger (6) zur Erzielung einer die gewünschte Werkstückgeometrie erzeugenden Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Werkzeugen (4) gesteuert beweglich angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Unwuchtmesseinrichtung (3) vorgesehen ist und dass der Werkstückträger (6) zwischen einer Position (16) zum Aufnehmen und/oder Ablegen des Werkstücks (8), einer Position (15) zur spanabhebenden
Bearbeitung und einer Unwuchtmessposition (14) zur Bestimmung der Unwucht verfahrbar angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmesseinrichtung (3) als Auswuchtwaage mit ausgeführt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine in mindestens einem Freiheitsgrad gegen die Wirkung einer Gegenkraft beweglich angeordnete Aufnahme (17) vorgesehen ist, und dass die Auslenkung (23) der Aufnahme (17) durch die Wirkung der Gegenkraft kompensierbar ist.
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