WO2008099228A1 - Kopierfräseinrichtung - Google Patents

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WO2008099228A1
WO2008099228A1 PCT/IB2007/000783 IB2007000783W WO2008099228A1 WO 2008099228 A1 WO2008099228 A1 WO 2008099228A1 IB 2007000783 W IB2007000783 W IB 2007000783W WO 2008099228 A1 WO2008099228 A1 WO 2008099228A1
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WO
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machine tool
tool according
pantograph
pivot
axis
Prior art date
Application number
PCT/IB2007/000783
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josip Kranjc
Midhat Selimovic
Original Assignee
Schütz-Dental GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schütz-Dental GmbH filed Critical Schütz-Dental GmbH
Priority to PCT/IB2007/000783 priority Critical patent/WO2008099228A1/de
Publication of WO2008099228A1 publication Critical patent/WO2008099228A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q35/00—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
    • B23Q35/04—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually using a feeler or the like travelling along the outline of the pattern, model or drawing; Feelers, patterns, or models therefor
    • B23Q35/08—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
    • B23Q35/10—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work mechanically only
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • A61C13/0006—Production methods
    • A61C13/0009—Production methods using a copying machine

Definitions

  • the invention relates to a machine tool according to the preamble of patent claim 1.
  • a pantograph is usually referred to a device which allows for moving a probe element to scale and parallel displacement of a tool, so that by moving the probe element on a two- or three-dimensional model by means of a tool, e.g. Milling cutter depending on the selected scale a geometrically identical or similar component can be produced.
  • a mechanical pantograph essentially comprises rods, which are joined together by means of swivel joints to form a movable parallelogram. The axes of rotation of the hinges are all perpendicular to a plane, wherein the probe element and the tool are guided parallel to this plane.
  • pantographs when used in copy milling machines such pantographs are movable in a plane or in space and are about a pivot axis perpendicular to the axes of rotation (plane) or two mutually and to the axes of rotation perpendicular pivot axes (space) movable.
  • the choice of imaging scale is determined by the distance between the probe element and the tool, this distance is adjustable for example by means of one or more slides.
  • dental workpieces such as inlays, onlays, abutments and crowns
  • filling materials such as dental amalgams and gold oxide ceramic materials are increasingly used, which are characterized by a high hardness.
  • the processing of such materials such as zirconium dioxide, is relatively expensive. If already finished sintered mold blanks are used, the copy milling process takes a correspondingly long time due to the great hardness of the oxide-ceramic materials, which also leads to inaccuracies in the use of manually operated copy milling machines because of the torque to be compensated.
  • a copy milling device with a torque compensation is known from WO 2006/067630 STEGER.
  • the torque generated by the weight of the pantograph about the horizontal pivot axis is compensated here by means of a suspension device having a spring, so that the pantograph is held vertically in a rest position.
  • this known suspension device is a) voluminous and b) has no vibration damping.
  • Such vibrations which cause varying torques during the processing operation by diagonal extensions, respectively shortening of the pantograph, must be compensated by contact forces of the tool and the sensing means and / or by manual forces.
  • This is particularly important in the treatment of oxide ceramic materials, such as zirconia in the dental technology of importance, since a long processing time is necessary because of the high hardness of the material and a continuous manual Compensation of this torque and thus the contact pressure of the probe element, respectively the tool lead to inaccuracies in processing.
  • the invention aims to remedy this situation.
  • the invention has for its object to produce a machine tool with means which dampen the differences occurring in such pantographs vertically acting on the tool and the probe element forces.
  • the invention solves this problem with a machine tool having the features of claim 1.
  • At least one vibration damper is arranged at a distance B> 0 from the pivot axis and between the compensation arm and the base plate.
  • the vibration damper due to their arrangement in addition to the damping effect also have a useful influence on the spring force, namely that the spring force decreases in shortening of the pantograph and increases when extending the pantograph.
  • the height / floating position of the pantograph is always the same when shortened and extended.
  • the pantograph is pivotally connected together with the compensation arm about a second pivot bearing to the base plate, wherein the axis of the second pivot bearing is perpendicular to the axis of the first pivot bearing and parallel to the axes of rotation.
  • the distance B measured perpendicular to the axis of the first pivot bearing between the at least one vibration damper and the axis of the first pivot bearing is variable.
  • the advantage of this design consists essentially in the fact that the damping force is variable, with the following rule: the greater the distance, the greater the damping force.
  • the at least one vibration damper has a damping force progressively increasing with increasing spring force of the spring, so that large extensions of the pantograph are more strongly damped.
  • the at least one vibration damper has a damping force of at least 48N.
  • the at least one vibration damper has a damping force of at most 52 N.
  • the spring has a spring constant of at least 2'200 N / m.
  • the spring has a spring constant of at most 2,500 N / m.
  • the spring has a length of at least 0.13 m.
  • the spring has a maximum length of 0.14 m.
  • the feeler means and / or the tool can be fastened to one of the rods opposite the pivot bearing.
  • the machine tool comprises a support for the model and the workpiece, by means of which the model and the workpiece about a rotational axis perpendicular to the axes of rotation, preferably over an angle of 360 °, are arranged on the machine tool.
  • the advantage of this design lies essentially in the fact that the support is used for fastening a workpiece to be machined, wherein the attachment takes place for example by gluing.
  • the model is attached to such a support.
  • the support comprises a plate which has at least one passage opening which is arranged such that the chips fall through it.
  • the chips can be sucked below this plate, whereby the operation, which proceeds above the plate is not hindered.
  • the plate may have an opening which is designed to receive the workpiece.
  • the attachment of the workpiece can be done by means of adhesive dots.
  • the position of the model and the workpiece is variable in stages.
  • the model and / or the workpiece are preferably rotatably attachable to the support by means of a preferably disk-shaped holding element.
  • the preferably disk-shaped holding element can be detachably fastened to the plate, wherein the holding element has the opening for the workpiece. This measure makes it possible to attach the workpiece outside the plate on the holding element and then to attach the holding element together with the workpiece on the plate.
  • At least the model is glued into a receiving opening of a disc-shaped holding element made of plastic, wherein the outline of the preferably milled receiving opening of the contour of the model is adjusted.
  • the attachment of the retaining element to the plate by two-piece inserts.
  • These two-part inserts can be rotated about vertical axes, for example with a 90 ° pitch, and are fixed by means of two screws.
  • the upper part of the insert is designed so that by slightly loosening the two screws and turning the upper part by a few degrees, the disc-shaped holding elements can be changed very quickly.
  • the holding element has a circular peripheral edge. This allows the advantage of easier Verhow availability of the holding member about a vertical axis.
  • the retaining element is in the form of a ring, wherein preferably the ring is traversed by two webs so that the inner region of the ring has three openings.
  • This embodiment provides the advantage that the central opening can serve for fastening the workpiece, while the two flanking openings form the passage openings for the dust produced during the milling of the workpiece.
  • the holding element has a receptacle for a workpiece and a passage opening.
  • the machine tool comprises a suction device mounted directly on the plate for the dust produced during the milling of the workpiece.
  • the tool comprises a milling element and the sensing means comprises a probe element.
  • the tool and the sensing means are the same shape at least in the area of the model or the workpiece, wherein the diameter and length of the tool proportionally greater, between 10% and 40%, preferably about 25%, as the diameter and the length of Taststoff are.
  • the tips of the cutting element and the probe element are end widening, preferably conical.
  • the base plate has a lower surface, on which a rotating mechanism for rotating the base plate is disposed about an axis parallel to the axis of the second pivot bearing.
  • the rotary mechanism comprises a rotary element and at least one brake element.
  • the pantograph is realized without a suspension device to compensate for torques about the first pivot axis.
  • the machine tool can be used for machining zirconia workpieces.
  • the invention and further developments of the invention are explained in more detail below with reference to the partially schematic representations of several embodiments.
  • Fig. 1 is a perspective schematic view of an embodiment of the inventive machine tool
  • FIG. 2 shows a side view of the compensation arm of the embodiment of the machine tool according to the invention shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a perspective view of a support receiving the workpiece and the model for the embodiment of the machine tool according to the invention shown in FIG. 1;
  • FIGS. 1-3 shows a diagram with the movement characteristic of the compensating means and of the pantograph of the embodiment of the machine tool according to the invention shown in FIGS. 1-3.
  • the apparatus shown schematically in Fig. 1 serves as a copying machine to a machine tool and essentially comprises a commercially available pantograph 1, by means of which a tool 10, for example, a rotary milling tool by a feeler 8, for example, a pin-shaped probe element is parallel and true to scale movable.
  • a tool 10 for example, a rotary milling tool by a feeler 8, for example, a pin-shaped probe element is parallel and true to scale movable.
  • the feeler element is applied to the surface of a spatial model 9 (FIG. 3) and moved manually thereon.
  • the tool 10 is moved by means of the pantograph 1 parallel to the sensing means 8, which can be adjusted by means of a displacement of the relative position between the tool 10 and the sensing means 8 of the geometric scale (arrow Z in Fig. 1), in which the workpiece manufactured in this way 13 (FIG. 3) to the model 9 stands.
  • the pantograph 1 comprises four parallelogram-like bars 21a, 21b, 21c, 21d, which are movably connected to one another by means of swivel joints 20a, 20b, 20c, 20d arranged on the end pieces of the bars 21a, 21b, 21c, 21d.
  • the axes of rotation 22a, 22b, 22c, 22d of the hinges 20a, 20b, 20c, 20d are arranged parallel to each other.
  • a connecting part 19 is fixed, which is pivotally connected to a first pivot bearing 3.
  • the pivot axis 5 of this first pivot bearing 3 is transverse to the axes of rotation 22a, 22b, 22c, 22d. Furthermore, the connecting part 19 is fastened to the first rotary joint 20a via a second pivot bearing 4 such that the pantograph 1 is pivotable relative to the connecting part 19 about a pivot axis 6 of the second pivot bearing 4 which is parallel to the axes of rotation 22a, 22b; 22c; 22d, the pivot axis 6 of the second pivot bearing 4 coincides here with the first axis of rotation 22a.
  • the copying apparatus shown schematically here is arranged on the supporting top surface 12 of a base plate 11, such that the first pivot bearing 3 and fastening means 7 for receiving and fixing a model 9 and a workpiece 13 to be machined rest on the top surface 12 and can be fixed to the base plate 11 are.
  • the feeler 8 are geometrically similar to the geometry of the milling tool, ie proportionally reduced in size or enlarged.
  • the pantograph 1 is connected to compensating means 18, which compensate for the torques generated by the weight of the pantograph 1 about the pivot axis 5 of the first pivot bearing 3.
  • the compensating means 18 comprise a compensation arm 2 fixed to the connecting part 19, which extends in the embodiment shown here transversely to the pivot axis 5 of the first pivot bearing 3 and perpendicular to the pivot axis 6 of the second pivot bearing 4 on the opposite side of the first pivot bearing 3 to the pantograph 1.
  • a spring 14 is arranged, by means of which the compensation arm 2 is connected to the base plate 11.
  • the compensation arm 2 and the spring 14 comprehensive compensating means 18 thus allow to compensate for the generated by the weight of the pantograph 1 torques about the pivot axis 5 of the first pivot bearing 3.
  • a vibration damper 15 is arranged at a distance B ⁇ A (FIG. 2) to the pivot axis 5 of the first pivot bearing 3 and also on the pantograph 1 opposite side of the pivot bearing 3.
  • the pantograph 1 is formed such that the first and second bars 21a, 21b are pivotally connected to each other at their first end pieces by the first pivot 20a about the rotation axis 22a of the first pivot 20a, while the first end portion of the third bar 21c is pivoted about the pivot axis 22b of the second pivot 20b is pivotally connected to the second end of the second bar 21b, and the first end of the fourth bar 21d is pivotally connected to the second end of the first bar 21a about the pivot 22c of the third pivot 20c.
  • the second end portions of the third rod 21c and the fourth rod 21 d are pivotally connected to the latter and to each other about the rotation axis 22d of the fourth pivot bearing 20d.
  • the feeler 8 and the tool 10 are arranged in the embodiment of the pantograph 1 shown here on a coaxial extension of the first, respectively second pivot bearing 3, 4 opposite third bar 21c coaxially displaceable and releasably fixable.
  • the copying device comprises a machine tool fastening means 7 with a support 25 for the model 9 and the workpiece 13.
  • This support 25 essentially comprises a plate 29 which is parallel to the top surface 12 of the base plate 12 and transverse to the rotation axes 22 of the pivots 20 of the pantograph 1 standing rotation axis 26 is rotatable and is connected by means of two bearing bodies 31, 32 with the base plate 11.
  • the model 9 and the workpiece 13 about a transversely to the axes of rotation 22 of the pivot joints 20 of the pantograph 1 standing rotation axis 26 is rotatable.
  • This rotatability of the model 9 and the workpiece 13 relative to the base plate 1 preferably extends over an angle of 360 °, so that the sensing means 8 and the tool 10 can be guided in a manner suitable for the user.
  • the model 9 and the workpiece 13 are mounted rotatably in the plate 29 and thus on the support 3 by means of a disc-shaped holding element 27, 28 perpendicular to the axis of rotation 26.
  • the holding elements 27, 28 are each releasably fixable by means of a locking screw 33, 34 with respect to their rotatability. As shown in Fig. 4, the damping causes a slower springback of the spring 14 in its discharge.
  • the distance X corresponds to the distance between the compensation arm 2 and the top surface 12 of the base plate 11 measured perpendicular to the top surface 12 of the base plate 11 (FIG. 3), the line U representing an undamped embodiment while the line G is the path with damping represents.
  • the shortenings or extensions of this distance X are directly proportional to changes in the height / floating position H of the pantograph 1.

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Abstract

Werkzeugmaschine, insbesondere zur Herstellung von zahnärztlichen und zahntechnischen Werkstücken, umfassend A) einen Pantographen (1 ), welcher vorzugsweise an einem seiner Drehgelenke (20a) über ein Verbindungsteil (19) scharnierartig mit einem Schwenklager (3) verbunden ist; B) eine Grundplatte (11 ) mit einer tragenden Deckfläche (12), auf welcher das Schwenklager (3) und Befestigungsmittel (7) zur Fixierung eines Modells (9) und eines zu bearbeitenden Werkstücks anbringbar sind (13); wobei C) die Drehgelenke (20a;20b;20c;20d) parallele Drehachsen (22a;22b;22c;22d) aufweisen und das Schwenklager (3) eine zu den Drehachsen (22a;22b;22c;22d) senkrecht stehende Schwenkachse (5) aufweist; D) am Pantographen (1 ) Tastmittel (8) zum Abtasten eines Modells (9) und ein Werkzeug (10) befestigbar sind; und E) der Pantograph (1 ) mit Kompensationsmitteln (18) verbunden ist, welche durch das Gewicht des Pantographen (1 ) erzeugte Drehmomente um die Schwenkachse (5) ausgleichen, wobei F) die Kompensationsmittel (18) einen sich quer zur Schwenkachse (5) erstreckenden und am Verbindungsteil (19) fixierten Kompensationsarm (2) umfassen; und G) in einem Abstand A zur Schwenkachse (5) zwischen dem Kompensationsarm (2) und der Grundplatte (11 ) eine Feder (14) angeordnet ist.

Description

KOPIERFRÄSEINRICHTUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Verwendung von Kopierfräsmaschinen zur Herstellung von Werkstücken mit komplizierter Form gehört zum bekannten Stand der Technik. Dabei wird mittels eines Tastelementes ein ebenes oder räumliches Modell mechanisch abgetastet, wobei die Auslenkungen des Tasterelementes massstabsgetreu auf ein Werkzeug übertragen werden. Durch das derart geführte Werkzeug, z.B. Fräswerkzeug ist somit aus einem Rohling ein zum Modell identisches Bauteil herstellbar. Für die Herstellung kleiner Bauteile werden die Bewegungen des Tastelementes mechanisch, z.B. mittels eines Pantographen auf das Werkzeug übertragen.
Als Pantograph wird üblicherweise eine Vorrichtung bezeichnet, welche eine zur Verschiebung eines Tastelementes massstabsgetreue und parallele Verschiebung eines Werkzeuges gestattet, so dass durch Verschieben des Tastelementes auf einem zwei- oder dreidimensionalen Modell mittels eines Werkzeuges, z.B. Fräsers je nach gewähltem Abbildungsmassstab ein geometrisch identisches oder ähnliches Bauteil herstellbar ist. Ein mechanischer Pantograph umfasst im wesentlichen Stäbe, welche mittels Drehgelenken zu einem beweglichen Parallelogramm zusammengefügt werden. Die Drehachsen der Drehgelenke stehen alle senkrecht zu einer Ebene, wobei das Tastelement und das Werkzeug parallel zu dieser Ebene geführt werden. Insbesondere bei der Anwendung in Kopierfräsmaschinen sind solche Pantographen in einer Ebene oder im Raum bewegbar und sind dazu um eine zu den Drehachsen senkrecht stehende Schwenkachse (Ebene) oder um zwei zueinander und zu den Drehachsen senkrecht stehende Schwenkachsen (Raum) bewegbar. Die Wahl des Abbildungsmassstabes wird durch den Abstand zwischen Tastelement und Werkzeug festgelegt, wobei dieser Abstand beispielsweise mittels eines oder mehrerer Schieber einstellbar ist.
Durch das Gewicht des Pantographen und dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Pantographen und der horizontalen Schwenkachse wird ein Drehmoment erzeugt, welches durch die Anpresskraft des Werkzeuges auf das Werkstück, die Anpresskraft des Tastelementes auf das Modell und/oder manuell kompensiert werden muss. Da sich der Abstand des Schwerpunktes zu der senkrecht zu den Drehachsen der Drehgelenke stehenden Schwenkachse mit einer Verlängerung, respektive Verkürzung der Diagonalen des Pantographen verändert, variiert auch das zu kompensierende Drehmoment.
Zur Herstellung von zahnmedizinischen Werkstücken, wie beispielsweise Inlays, Onlays, Abutments und Kronen, werden neben den bekannten Füllungswerkstoffen wie Dentalamalgane und Gold immer häufiger oxidkeramische Werkstoffe eingesetzt, welche sich durch eine grosse Härte auszeichnen. Das Verarbeiten solcher Werkstoffe, beispielsweise Zirkondioxid, ist verhältnismässig aufwendig. Werden bereits fertig gesinterte Formrohlinge verwendet, dauert der Kopierfräsvorgang aufgrund der grossen Härte der oxidkeramischen Werkstoffe entsprechend lange, was bei der Verwendung von manuell zu betätigenden Kopierfräsmaschinen auch wegen des zu kompensierenden Drehmomentes zu Ungenauigkeiten führt.
Eine Kopierfräseinrichtung mit einem Drehmomentausgleich ist aus der WO 2006/067630 STEGER bekannt. Das durch das Gewicht des Pantographen erzeugte Drehmoment um die horizontale Schwenkachse wird hier mittels einer eine Feder aufweisenden Aufhängvorrichtung ausgeglichen, so dass der Pantograph vertikal in einer Ruhestellung gehalten wird. Diese bekannte Aufhängevorrichtung ist allerdings a) voluminös und b) verfügt über keine Schwingungsdämpfung.
Solche Schwingungen, welche während des Bearbeitungsvorganges durch diagonale Verlängerungen, respektive Verkürzungen des Pantographen variierende Drehmomente hervorrufen, müssen durch Anpresskräfte des Werkzeuges und der Tastmittel und/oder durch manuelle Kräfte kompensiert werden. Dies ist insbesondere bei der Bearbeitung von oxidkeramischen Werkstoffen, z.B. Zirkondioxid in der zahnärztlichen Technik von Bedeutung, da hier eine lange Bearbeitungszeit wegen der grossen Härte des Werkstoffes notwendig ist und eine andauernde manuelle Kompensation dieses Drehmomentes und damit der Anpresskraft des Tastelementes, respektive des Werkzeuges zu Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung führen.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit Mitteln herzustellen, welche die bei solchen Pantographen auftretenden Unterschiede der vertikal auf das Werkzeug und das Tastelement wirkenden Kräfte dämpfen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Werkzeugmaschine, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine:
- Variationen der vertikal auf das Werkzeug und das Tastelement wirkenden Kräfte gedämpft werden. Dies ist insbesondere für die Bearbeitung von harten oxidkeramischen Materialien günstig, das auch bei lange andauernden Bearbeitungszeiten ein exaktes Nachführen des Tastmittels ermöglicht wird;
- eine kostengünstige und einfache Kopierfräsmaschine herstellbar ist; und
- eine manuelle Bedienung möglich ist, welche und auch bei komplizierten und damit zeitintensiveren Kopierfräsvorgängen eine exakte Nachbildung des Modellkörpers erlaubt.
In einer weiteren Ausführungsform ist in einem Abstand B > 0 zur Schwenkachse und zwischen dem Kompensationsarm und der Grundplatte mindestens ein Schwingungsdämpfer angeordnet. Damit sind die Vorteile erreichbar, dass
- Schwingungen der vertikal auf das Werkzeug und das Tastelement wirkenden Kräfte gedämpft werden. Dies ist insbesondere für die Bearbeitung von harten oxidkeramischen Materialien günstig, das auch bei lange andauernden Bearbeitungszeiten ein exaktes Nachführen des Tastmittels ermöglicht wird;
- eine kompakte Bauweise insbesondere auch der Kompensationsmittel ermöglich wird, da die Anordnung des Schwingungsdämpfers den Einsatz einer Feder mit steiler Federkennlinie (grosser Federkonstante) und somit eines kurzen Kompensationsarmes ermöglicht;
- eine Reduzierung des „Nachfedems" erreichbar ist, welche zu einer Beschädigung des Werkstückes führen kann; und
- die Schwingungsdämpfer aufgrund deren Anordnung neben der dämpfenden Wirkung auch einen nützliche Einfluss auf die Federkraft aufweisen, nämlich dass sich die Federkraft bei Verkürzung des Pantographen verringert und sich bei Verlängerung des Pantographen erhöht. Somit ist die Höhe /Schwebelage des Pantographen bei dessen Verkürzung und Verlängerung immer gleich.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist der Pantograph zusammen mit dem Kompensationsarm um ein zweites Schwenklager schwenkbar mit der Grundplatte verbunden, wobei die Achse des zweiten Schwenklagers senkrecht zur Achse des ersten Schwenklagers und parallel zu den Drehachsen steht. Diese Ausführung gestattet den Vorteil, dass eine räumliche Bewegbarkeit der Tastmittel und des Werkzeuges und somit ein Kopieren von dreidimensionalen Modellen ermöglicht wird.
In einer anderen Ausführungsform ist der senkrecht zur Achse des ersten Schwenklagers gemessene Abstand B zwischen dem mindestens einen Schwingungsdämpfer und der Achse des ersten Schwenklagers variierbar. Der Vorteil dieser Ausführung besteht im wesentlichen darin, dass die Dämpfungskraft variierbar ist, wobei gilt: je grösser der abstand desto grösser die Dämpfungskraft.
In einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Schwingungsdämpfer eine mit zunehmender Federkraft der Feder progressiv ansteigende Dämpfungskraft auf, so dass grosse Verlängerungen des Pantographen stärker gedämpft werden.
In wiederum einer anderen Ausführungsform weist der mindestens eine Schwingungsdämpfer eine Dämpfungskraft von mindestens 48 N auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Schwingungsdämpfer eine Dämpfungskraft von maximal 52 N auf. In einer anderen Ausführungsform weist die Feder eine Federkonstante von mindestens 2'2OO N/m auf.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform weist die Feder eine Federkonstante von maximal 2'500 N/m auf.
In einer anderen Ausführungsform weist die Feder eine Länge von mindestens 0,13 m auf.
In wiederum einer anderen Ausführungsform weist die Feder eine Länge von maximal 0,14 m auf.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Tastmittel und/oder das Werkzeug an einem der dem Schwenklager gegenüberliegenden Stäbe befestigbar.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Werkzeugmaschine einen Support für das Modell und das Werkstück, mittels welchem das Modell und das Werkstück um eine quer zu den Drehachsen stehende Rotationsachse drehbar, vorzugsweise über einen Winkel von 360°, an der Werkzeugmaschine angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausführung liegt im wesentlichen darin, dass der Support zur Befestigung eines zu bearbeitenden Werkstückes dient, wobei die Befestigung beispielsweise durch Ankleben erfolgt. Meist wird an einem solchen Support auch das Modell befestigt. Um zu verhindern, dass die beim Fräsen des Werkstückes entstehenden Späne den Arbeitsvorgang behindern, umfasst der Support in einer Ausführungsform eine Platte, welche mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist, die derart angeordnet ist, dass die Späne durch sie hindurchfallen.
Ferner können die Späne unterhalb dieser Platte abgesaugt werden, wodurch der Arbeitsvorgang, welcher oberhalb der Platte abläuft, nicht behindert wird.
Beispielsweise kann die Platte eine Öffnung aufweisen, welche zur Aufnahme des Werkstückes ausgebildet ist. Die Befestigung des Werkstückes kann mittels Klebepunkten erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform ist die Lage des Modells und des Werkstückes in Stufen veränderbar.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform sind das Modell und/oder das Werkstück vorzugsweise drehbar mittels eines vorzugsweise scheibenförmigen Haltelementes am Support anbringbar. Das vorzugsweise scheibenförmige Halteelement kann an der Platte lösbar befestigbar sein, wobei das Halteelement die Öffnung für das Werkstück aufweist. Diese Massnahme gestattet es, das Werkstück ausserhalb der Platte am Halteelement anzubringen und dann das Halteelement samt Werkstück an der Platte zu befestigen.
In einer anderen Ausführungsform ist mindestens das Modell in eine Aufnahmeöffnung eines scheibenförmigen Halteelementes aus Kunststoff eingeklebt, wobei der Umriss der vorzugsweise gefrästen Aufnahmeöffnung der Kontur des Modells angepasst ist.
In wiederum einer anderen Ausführungsform erfolgt die Befestigung des Halteelements an der Platte durch zweiteilige Einsätze. Diese zweigeteilten Einsätze können um vertikale Achsen gedreht werden, beispielsweise mit einer 90°-Teilung, und werden mittels zweier Schrauben fixiert. Dabei ist der obere Teil des Einsatzes so gestaltet, dass durch leichtes Lösen der beiden Schrauben und Drehen des Oberteiles um wenige Grade die scheibenförmigen Halteelemente sehr schnell gewechselt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Halteelement einen kreisförmigen Umfangsrand auf. Dies ermöglicht den Vorteil einer leichteren Verdreh barkeit des Halteelements um eine vertikale Achse.
In einer wiederum einer anderen Ausführungsform ist das Halteelement in Form eines Ringes ausgebildet, wobei vorzugsweise der Ring von zwei Stegen so durchquert wird, dass der Innenbereich des Ringes drei Öffnungen aufweist. Durch diese Ausgestaltung ist der Vorteil erreichbar, dass die zentrale Öffnung zur Befestigung des Werkstückes dienen kann, während die beiden flankierenden Öffnungen die Durchgangsöffnungen für den beim Fräsen des Werkstückes entstehenden Staub bilden. In einer weiteren Ausführungsform weist das Halteelement eine Aufnahme für ein Werkstück und eine Durchgangsöffnung auf.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Werkzeugmaschine eine direkt an der Platte angebrachte Absaugvorrichtung für den beim Fräsen des Werkstückes entstehenden Staub.
In wiederum einer anderen Ausführungsform umfasst das Werkzeug ein Fräselement und die Tastmittel ein Tastelement.
In einer weiteren Ausführungsform sind das Werkzeug und die Tastmittel mindestens im Bereich des Modells bzw. des Werkstücks gleich geformt, wobei Durchmesser und Länge des Werkzeuges proportional grösser, zwischen 10 % und 40 %, vorzugsweise etwa 25 %, als der Durchmesser und die Länge der Tastmittel sind.
In einer anderen Ausführungsform sind die Spitzen des Fräselementes und des Tastelementes sich endständig erweiternd, vorzugsweise konisch ausgebildet.
In wiederum einer anderen Ausführungsform weist die Grundplatte eine Unterseite auf, woran ein Drehmechanismus zum Drehen der Grundplatte um eine zur Achse des zweiten Schwenklagers parallele Achse angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Drehmechanismus einen Drehelement und mindestens ein Bremselement.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist der Pantograph ohne Aufhängevorrichtung zum Ausgleich von Drehmomenten um die erste Schwenkachse realisiert.
Die Werkzeugmaschine kann zur Bearbeitung von Werkstücken aus Zirkondioxid verwendet werden. Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Kompensationsarmes der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines das Werkstück und das Modell aufnehmenden Supportes für die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine; und
Fig. 4 ein Diagramm mit der Bewegungscharakteristik der Kompensationsmittel und des Pantographen der in den Fig. 1 - 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung dient als Kopiervorrichtung zu einer Werkzeugmaschine und umfasst im wesentlichen einen handelsüblichen Pantographen 1, mittels welchem ein Werkzeug 10, z.B. ein rotierendes Fräswerkzeug durch ein Tastmittel 8, z.B. ein stiftförmiges Tastelement parallel und massstabsgetreu bewegbar ist. Dazu wird das Tastelement auf der Oberfläche eines räumlichen Modells 9 (Fig. 3) angelegt und auf dieser manuell verschoben. Das Werkzeug 10 wird mittels des Pantographen 1 parallel zum Tastmittel 8 verschoben, wobei sich mittels einer Verschiebung der relativen Position zwischen Werkzeug 10 und Tastmittel 8 der geometrische Abbildungsmassstab einstellen lässt (Pfeil Z in Fig. 1), in welchem das auf diese Weise gefertigte Werkstück 13 (Fig. 3) zum Modell 9 steht. Im Falle eines Abbildungsmasstabes 1 : 1 wird ein geometrisch identisches Werkstück 13 erstellt. Der Pantograph 1 umfasst vier parallelogrammartig angeordnete Stäbe 21a;21b;21c;21d, welche mittels an den Endstücken der Stäbe 21a;21b;21c;21d angeordneten Drehgelenken 20a;20b;20c;20d bewegbar miteinander verbunden sind. Die Drehachsen 22a;22b;22c;22d der Drehgelenke 20a;20b;20c;20d sind parallel zueinander angeordnet. Am ersten Drehgelenk 20a ist ein Verbindungsteil 19 befestigt, welches schwenkbar mit einem ersten Schwenklager 3 verbunden ist. Die Schwenkachse 5 dieses ersten Schwenklagers 3 steht quer zu den Drehachsen 22a;22b;22c;22d. Ferner ist das Verbindungsteil 19 über ein zweites Schwenklager 4 derart am ersten Drehgelenk 20a befestigt, dass der Pantograph 1 relativ zum Verbindungsteil 19 um eine zu den Drehachsen 22a;22b;22c;22d parallele Schwenkachse 6 des zweiten Schwenklagers 4 schwenkbar ist, wobei die Schwenkachse 6 des zweiten Schwenklagers 4 hier mit der ersten Drehachse 22a zusammenfällt. Die hier schematisch dargestellte Kopiervorrichtung ist auf der tragenden Deckfläche 12 einer Grundplatte 11 angeordnet, derart dass das erste Schwenklager 3 und Befestigungsmittel 7 für die Aufnahme und Fixierung eines Modells 9 und eines zu bearbeitenden Werkstückes 13 auf der Deckfläche 12 aufliegen und an der Grundplatte 11 fixierbar sind. Zur Erstellung eines zum Modell 9 geometrisch identischen oder geometrisch ähnlichen Werkstückes 13 sind die Tastmittel 8 zur Geometrie des Fräswerkzeuges geometrisch ähnlich ausgebildet, d.h. in ihrer Grosse proportional verkleinert oder vergrössert.
Ferner ist der Pantograph 1 mit Kompensationsmitteln 18 verbunden, welche durch das Gewicht des Pantographen 1 erzeugte Drehmomente um die Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 ausgleichen. Die Kompensationsmittel 18 umfassen einen am Verbindungsteil 19 fixierten Kompensationsarm 2, welcher sich in der hier dargestellten Ausführungsform quer zur Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 und senkrecht zur Schwenkachse 6 des zweiten Schwenklagers 4 auf der dem Pantographen 1 gegenüberliegenden Seite des ersten Schwenklagers 3 erstreckt. In einem Abstand A (Fig. 2) zur Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 ebenfalls auf der dem Pantographen 1 gegenüberliegenden Seite des Schwenklagers 3 ist eine Feder 14 angeordnet, mittels welcher der Kompensationsarm 2 mit der Grundplatte 11 verbunden ist. Die derart ausgestalteten, den Kompensationsarm 2 und die Feder 14 umfassenden Kompensationsmittel 18 ermöglichen somit durch das Gewicht des Pantographen 1 erzeugte Drehmomente um die Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 auszugleichen. Zudem ist in einem Abstand B < A (Fig. 2) zur Schwenkachse 5 des ersten Schwenklagers 3 und ebenfalls auf der dem Pantographen 1 gegenüberliegenden Seite des Schwenklagers 3 ein Schwingungsdämpfer 15 angeordnet.
Der Pantograph 1 ist derart ausgebildet, dass der erste und der zweiten Stab 21a;21b an ihren ersten Endstücken mittels des ersten Drehgelenkes 20a um die Drehachse 22a des ersten Drehgelenkes 20a schwenkbar miteinander verbunden sind, während das erste Endstück des dritten Stabes 21c um die Drehachse 22b des zweiten Drehgelenkes 20b mit dem zweiten Endstück des zweiten Stabes 21b schwenkbar verbunden ist und das erste Endstück des vierten Stabes 21 d um die Drehachse 22c des dritten Drehgelenkes 20c schwenkbar mit dem zweiten Endstück des ersten Stabes 21a verbunden ist. Die zweiten Endstücke des dritten Stabes 21c und des vierten Stabes 21 d sind um die Drehachse 22d des vierten Drehlagers 2Od schwenkbar mit letzterem und miteinander verbunden. Die Tastmittel 8 und das Werkzeug 10 sind in der hier dargestellten Ausführungsform des Pantographen 1 an einer koaxialen Verlängerung des dem ersten, respektive zweiten Schwenklager 3;4 gegenüberliegenden, dritten Stabes 21c koaxial verschiebbar und lösbar fixierbar angeordnet.
Wie in Fig. 3 dargestellt umfasst die Kopiervorrichtung zu einer Werkzeugmaschine Befestigungsmittel 7 mit einem Support 25 für das Modell 9 und das Werkstück 13. Dieser Support 25 umfasst im wesentlichen eine Platte 29, welche um eine parallel zur Deckfläche 12 der Grundplatte 12 und quer zu den Drehachsen 22 der Drehgelenke 20 des Pantographen 1 stehende Rotationsachse 26 rotierbar ist und mittels zwei Lagerkörpern 31;32 mit der Grundplatte 11 verbunden ist. Damit ist das Modell 9 und das Werkstück 13 um eine quer zu den Drehachsen 22 der Drehgelenke 20 des Pantographen 1 stehende Rotationsachse 26 drehbar. Diese Rotierbarkeit des Modells 9 und des Werkstückes 13 relativ zur Grundplatte 1 erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkel von 360°, so dass die Tastmittel 8 und das Werkzeug 10 in einer für den Benutzer geeigneten Weise geführt werden können. Ferner werden das Modell 9 und das Werkstück 13 mittels je eines scheibenförmigen Haltelementes 27;28 senkrecht zur Rotationsachse 26 drehbar in der Platte 29 und somit am Support 3 gelagert. Die Halteelemente 27;28 sind je mittels einer Feststellschraube 33;34 bezüglich ihrer Rotierbarkeit lösbar fixierbar. Wie in Fig. 4 dargestellt bewirkt die Dämpfung ein langsameres Zurückschnellen der Feder 14 bei deren Entlastung. Im dargestellten Diagramm entspricht der Abstand X dem senkrecht zur Deckfläche 12 der Grundplatte 11 (Fig. 3) gemessenen Abstand zwischen dem Kompensationsarm 2 und der Deckfläche 12 der Grundplatte 11 , wobei die Linie U eine ungedämpfte Ausführung darstellt während die Linie G den Verlauf mit Dämpfung darstellt. Die Verkürzungen oder Verlängerungen dieses Abstandes X sind direkt proportional zu Änderungen der Höhe/Schwebelage H des Pantographen 1.

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeugmaschine, insbesondere zur Herstellung von zahnärztlichen und zahntechnischen Werkstücken, umfassend
A) einen Pantographen (1) mit parallelogrammartig angeordneten, durch Drehgelenke (20a;20b;20c;20d) verbundenen Stäben (21a;21b;21c;21d), welcher vorzugsweise an einem seiner Drehgelenke (20a) über ein Verbindungsteil (19) scharnierartig mit einem Schwenklager (3) verbunden ist;
B) eine Grundplatte (11) mit einer tragenden Deckfläche (12), auf welcher das Schwenklager (3) und Befestigungsmittel (7) zur Fixierung eines Modells (9) und eines zu bearbeitenden Werkstücks anbringbar sind (13) ; wobei
C) die Drehgelenke (20a;20b;20c;20d) parallele Drehachsen (22a;22b;22c;22d) aufweisen und das Schwenklager (3) eine zu den Drehachsen (22a;22b;22c;22d) senkrecht stehende Schwenkachse (5) aufweist;
D) am Pantographen (1) Tastmittel (8) zum Abtasten eines Modells (9) und ein Werkzeug (10) derart befestigbar sind, dass das Werkzeug (10) massstabsgetreu und parallel zu den Tastmitteln (8) bewegbar ist; und
E) der Pantograph (1) mit Kompensationsmitteln (18) verbunden ist, welche durch das Gewicht des Pantographen (1) erzeugte Drehmomente um die Schwenkachse (5) ausgleichen, dadurch gekennzeichnet, dass
F) die Kompensationsmittel (18) einen sich quer zur Schwenkachse (5) erstreckenden und am Verbindungsteil (19) fixierten Kompensationsarm (2) umfassen; wobei
G) in einem Abstand A zur Schwenkachse (5) zwischen dem Kompensationsarm (2) und der Grundplatte (11) eine Feder (14) angeordnet ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand B > 0 zur Schwenkachse (5) zwischen dem Kompensationsarm (2) und der Grundplatte (11 ) mindestens ein Schwingungsdämpfer (15) angeordnet ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pantograph (1) zusammen mit dem Kompensationsarm (2) um ein zweites Schwenklager (4) schwenkbar mit der Grundplatte (11) verbunden ist, wobei die Achse (6) des zweiten Schwenklagers (4) senkrecht zur Achse (5) des ersten Schwenklagers (3) und parallel zu den Drehachsen (22) steht.
4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht zur Achse (5) des ersten Schwenklagers (3) gemessene Abstand B zwischen dem mindestens einen Schwingungsdämpfer (15) und der Achse (5) des ersten Schwenklagers (3) variierbar ist.
5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwingungsdämpfer (15) eine mit zunehmender Federkraft der Feder (14) progressiv ansteigende Dämpfungskraft aufweist.
6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwingungsdämpfer (15) eine Dämpfungskraft von mindestens 48 N aufweist.
7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schwingungsdämpfer (15) eine Dämpfungskraft von maximal 52 N aufweist.
8. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) eine Federkonstante von mindestens 2'200 N/m aufweist.
9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) eine Federkonstante von maximal 2*500 N/m aufweist.
10. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) eine Länge von mindestens 0,13 m aufweist.
11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) eine Länge von maximal 0,14 m aufweist.
12. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tastmittel und/oder das Werkzeug an einem der dem Schwenklager (4) gegenüberliegenden Stäbe (21c;21d) befestigbar sind.
13. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Support (25) für das Modell (9) und das Werkstück (13) umfasst, mittels welchem das Modell (9) und das Werkstück (13) um eine quer zu den Drehachsen (22) stehende Rotationsachse (26) drehbar, vorzugsweise über einen Winkel von 360°, an der Werkzeugmaschine (1 ) angeordnet sind.
14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Modells (9) und des Werkstückes (13) in Stufen veränderbar ist.
15. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (9) und/oder das Werkstück (13) vorzugsweise drehbar mittels mindestens eines vorzugsweise scheibenförmigen Haltelementes (27, 28) am Support (3) anbringbar sind.
16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das Modell (9) in eine Aufnahmeöffnung eines scheibenförmigen Halteelementes (28) aus Kunststoff eingeklebt ist, wobei der Umriss der vorzugsweise gefrästen Aufnahmeöffnung der Kontur des Modells (9) angepasst ist.
17. Werkzeugmaschine Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Support (25) eine Platte (29) umfasst, und dass die Befestigung mindestens eines Halteelements (27, 28) an der Platte (29) durch zweiteilige Einsätze erfolgt.
18. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (27, 28) einen kreisförmigen Umfangsrand aufweist.
19. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass, das mindestens eine Halteelement (27, 28) in Form eines Ringes ausgebildet ist, wobei vorzugweise der Ring von zwei Stegen so durchquert wird, dass der Innenbereich des Ringes drei Öffnungen aufweist.
20. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Halteelement (27, 28) eine Aufnahme für ein Werkstück (13) und eine Durchgangsöffnung aufweist.
21. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine direkt an der Platte (29) angebrachte Absaugvorrichtung für den beim Fräsen des Werkstückes (13) entstehenden Staub umfasst.
22. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10) ein Fräselement und die Tastmittel (8) ein Tastelement umfassen.
23. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10) und die Tastmittel (8) mindestens im Bereich des Modells (9) bzw. des Werkstücks (13) gleich geformt sind, wobei Durchmesser und Länge des Werkzeuges (10) proportional grösser, zwischen 10 % und 40 %, vorzugsweise etwa 25 %, als der Durchmesser und die Länge der Tastmittel (8) ist.
24. Werkzeugmaschine nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen des Fräselementes und des Tastelementes sich endständig erweiternd, vorzugsweise konisch ausgebildet sind.
25. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (11 ) eine Unterseite aufweist, woran ein Drehmechanismus zum Drehen der Grundplatte (11) um eine zur Achse (6) des zweiten Schwenklagers (4) parallele Achse angeordnet ist.
26. Werkzeugmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmechanismus einen Drehelement und mindestens ein Bremselement umfasst.
27. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Pantograph (1 ) ohne Aufhängevorrichtung zum Ausgleich von Drehmomenten um die erste Schwenkachse (5) realisiert ist.
28. Verwendung der Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 27 zur Bearbeitung von Werkstücken aus Zirkondioxid.
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