WO2019076392A1 - Method for turning workpieces, and device in particular for carrying out such a method - Google Patents

Method for turning workpieces, and device in particular for carrying out such a method Download PDF

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WO2019076392A1
WO2019076392A1 PCT/DE2018/000291 DE2018000291W WO2019076392A1 WO 2019076392 A1 WO2019076392 A1 WO 2019076392A1 DE 2018000291 W DE2018000291 W DE 2018000291W WO 2019076392 A1 WO2019076392 A1 WO 2019076392A1
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workpiece
tool
laser beam
turning
turning operation
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PCT/DE2018/000291
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Christian Wenzel
Thomas Gralla
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Innolite Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P25/00—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress
    • B23P25/003—Auxiliary treatment of workpieces, before or during machining operations, to facilitate the action of the tool or the attainment of a desired final condition of the work, e.g. relief of internal stress immediately preceding a cutting tool
    • B23P25/006—Heating the workpiece by laser during machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B29/00—Holders for non-rotary cutting tools; Boring bars or boring heads; Accessories for tool holders
    • B23B29/04—Tool holders for a single cutting tool
    • B23B29/12—Special arrangements on tool holders
    • B23B29/125—Vibratory toolholders

Definitions

  • the invention relates to a method for the turning of workpieces with a tool, wherein the workpiece is heated during the turning operation with a laser beam. Moreover, the invention relates to a device with a tool for turning and a laser to heat the location of the turning operation.
  • the workpiece When machining materials, the workpiece should exhibit ductile behavior to produce a chip during machining. Materials with a brittle-hard behavior can not be machined by a cutting turning operation with a geometrically determined cutting edge, material breakage and crack induction occur.
  • the chipping behavior (ductile or brittle-hard) depends on the respective material as well as the so-called chip volume or the critical depth of cut. If the chip volume is reduced so that a critical chip volume is undercut in brittle-hard materials, the brittle-hard behavior changes in ductile.
  • CONFIRMATION COPY As an alternative to ultrasound, it has been suggested for brittle-hard materials to heat the material with a laser. This increases the ductility of the material and thus the critical stress volume that can be achieved per time.
  • MicroLAM proposes that a laser beam be passed through the tool onto the surface of the workpiece to heat the workpiece during turning.
  • a diamond is used as a tool, at the back of a laser beam is coupled while its cutting edge is engaged with the workpiece.
  • the workpiece is heated in the small volume of the bulk material exactly at the place of processing.
  • such devices are very complex in the production and process adjustment and with them, the problem of thermal expansion during workpiece machining can not be completely eliminated.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a generic method and a generic device such that they can be used for high-precision workpiece machining processes. [09] This object is procedurally achieved with the features of patent claim 1 and device with the features of claim 18. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
  • the invention is based on the finding that the expansion of the workpiece during the engagement between tool and workpiece leads to a difficult to control chip removal and the laser power required for the process is so high that the expansion of the material in the processing not negligible.
  • intervals during which the tool touches the workpiece are longer than the intervals during which the tool does not touch the workpiece. This leads to high productivity because the tool is only relatively short out of engagement with the workpiece. It is particularly advantageous if the tool is 2/3 of the interval or even longer in engagement with the tool to form the chip.
  • the tool is moved with an ultrasonic vibrator.
  • An ultrasonic transducer can always precisely bring the tool into contact with the workpiece for a short time at the relevant point in order to lift off the tool in a short time To advance Spans.
  • the problematic thermal expansions and stresses during the engagement of the tool on the workpiece are thus reduced to a minimum time.
  • the tool has a diamond. This also makes it possible to work on particularly hard materials.
  • the workpiece made of ceramic, glass or hard metal is made.
  • the workpiece may be, for example, a tungsten carbide mold, which is machined with high precision.
  • the inventive method allows the workpiece with a dimensional accuracy of less than 5 ⁇ and preferably even below 1 ⁇ produce. It is particularly advantageous if the workpiece after turning has a surface quality of less than 5 nm and preferably less than 3 nm center roughness.
  • a particularly advantageous method provides that the temperature in the area of the turning operation is measured coaxially to the laser beam. This ensures that the temperature is measured exactly at the point where the laser beam impinges on the workpiece.
  • the power of the laser beam should be such that a temperature of over 500 ° C, preferably above 1000 ° C is reached on the workpiece. It is advantageous if the power of the laser beam is tuned to a penetration depth of 5 to 10 times the infeed depth of the tool.
  • the power of the laser beam is tuned to a penetration depth of the tool of 5 to 10 ⁇ .
  • the surface of the laser beam on the workpiece corresponds to a surface with a diameter of 10 to 500 ⁇ m.
  • a variant of the method provides that the surface of the laser beam on the workpiece is substantially rectangular or square.
  • the area can be dimensioned so that the laser beam does not actively track the point of contact between the tool and component.
  • the area of the laser beam on the workpiece is wider than the Span to be lifted.
  • An advantageous variant of the method provides that the power of the laser beam is 1 to 100 watts.
  • a special embodiment provides that the laser beam is pulsed and the frequency of the laser beam is matched to the frequency of the movement of the tool.
  • the laser beam can also impinge on the workpiece as a continuous wave, and the pulse or the continuous wave can be tuned to the frequency of an ultrasonic oscillator.
  • the device 1 shown in the figure consists essentially of the tool 2 and the laser 3.
  • the tool has a cutting edge 4 which contacts a workpiece 5.
  • This cutting edge 4 is attached to an ultrasonic oscillator 6, which has a projecting sonotrode 7, which is connected to the coupling point 8 with a piezoelectric actuator 9 in connection.
  • This piezoelectric actuator 9 has piezoceramics 10, which are in communication with an ultrasonic generator 11.
  • the tip 12 of the tool 2 moves, for example, in an elliptical shape 13.
  • a chip removal is effected on the workpiece 5 with the tool 2.
  • the laser beam 14 of the laser 3 is aligned with mirrors or lenses via a focusing optics 17 exactly to the location of contact between the tip 12 of the tool 2 and the workpiece 5 and at this location of processing becomes coaxial with the laser beam 14 with the temperature measuring device 15, the temperature of the workpiece measured in the processing area to act on the controller 16 of the laser 3.
  • the laser beam can also be guided via a preferably flexible light guide.
  • the laser 3 is connected via the line 17 to the ultrasonic generator 1 1 in order to tune the time of the laser beam, its power and the variation of the laser beam with the movement of the tool 2 generated by the ultrasonic generator.
  • the tool, workpiece and laser can be moved and arranged with suitable means (not shown) such that the workpiece is machined with high precision and productivity.

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Abstract

The invention relates to a method for turning workpieces (5) by means of a tool (2), wherein the workpiece (5) is heated by means of a laser beam (14) during the turning process and the tool (2) is moved during the turning process in such a way that, at successive intervals, the tool is intermittently in contact with the workpiece (5) and not in contact with the workpiece (5). A device (1) has a tool (2) for the turning process and a laser (3) for heating the site of the turning process, the tool (2) having an ultrasonic oscillator (6).

Description

Verfahren für die Drehbearbeitung von Werkstücken und Vorrichtung insbesondere für die Durchführung eines derartigen Verfahrens  Method for turning workpieces and apparatus, in particular for carrying out such a method
[O l ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Drehbearbeitung von Werkstücken mit einem Werkzeug, bei dem das Werkstück während der Drehbearbeitung mit einem Laserstrahl erwärmt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Werkzeug für die Drehbearbeitung und einem Laser, um den Ort der Drehbearbeitung zu erwärmen. The invention relates to a method for the turning of workpieces with a tool, wherein the workpiece is heated during the turning operation with a laser beam. Moreover, the invention relates to a device with a tool for turning and a laser to heat the location of the turning operation.
[02] Beim Zerspanen von Materialien sollte das Werkstück duktiles Verhalten aufweisen, damit beim Zerspanen ein Span erzeugt wird. Materialien mit sprödhartem Ver- halten können durch eine spanende Drehbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide nicht bearbeitet werden, es kommt zum Materialbruch und zur Rissinduktion. Das Zerspanverhalten (duktil oder spröd-hart) hängt sowohl von dem jeweiligen Material als auch dem sogenannten Spanvolumen oder der kritischen Spantiefe ab. Wird bei spröd-harten Materialien das Spanvolumen derart reduziert, dass ein kritisches Spanvo- lumen unterschritten wird, verändert sich das spröd-harte Verhalten in duktiles. [02] When machining materials, the workpiece should exhibit ductile behavior to produce a chip during machining. Materials with a brittle-hard behavior can not be machined by a cutting turning operation with a geometrically determined cutting edge, material breakage and crack induction occur. The chipping behavior (ductile or brittle-hard) depends on the respective material as well as the so-called chip volume or the critical depth of cut. If the chip volume is reduced so that a critical chip volume is undercut in brittle-hard materials, the brittle-hard behavior changes in ductile.
[03] Durch eine Überlagerung einer Ultraschalloszillation an der Werkzeugschneide wird kein kontinuierlicher Fließspan erzeugt. In Schnittrichtung wird der Kontakt zwischen Werkzeug und Bauteil kontinuierlich unterbrochen, so dass immer nur kleinste Bereiche zerspanend bearbeitet werden. Durch diesen Ansatz können auch konventio- nell nicht zerspanbare sprödharte Materialien mittels Drehbearbeitung zerspant werden. Neben der Ultraschallüberlagerung zur Spanbildungsunterbrechung sind ein kleiner Vorschub und eine geringe Zustellung notwendig, um unterhalb des jeweiligen kritischen Spanvolumens zu bleiben. Das aus Prozesssicht notwendige geringe Zerspanvolumen führt zu geringer Produktivität und langer Bearbeitungsdauer. [03] Superimposing an ultrasonic oscillation on the cutting edge does not produce a continuous flow chip. In the cutting direction, the contact between tool and component is interrupted continuously, so that only the smallest areas are machined by machining. With this approach, even non-machinable brittle-hard materials can be machined by turning. In addition to the ultrasonic superposition for chip interruption, a small feed and a low delivery are necessary to stay below the respective critical chip volume. The low machining volume required from a process view results in low productivity and a long processing time.
BESTÄTIGUNGSKOPIE [04] Alternativ zum Ultraschall wurde für sprödharte Materialien vorgeschlagen, mit einem Laser das Material zu erwärmen. Dadurch erhöhen sich die Duktilität des Materials und damit das pro Zeit erreichbare kritische Spanungsvolumen. CONFIRMATION COPY [04] As an alternative to ultrasound, it has been suggested for brittle-hard materials to heat the material with a laser. This increases the ductility of the material and thus the critical stress volume that can be achieved per time.
[05] Zur ausreichenden Entfestigung des Materials wird jedoch eine hohe Laserleis- tung benötigt, da ein Teil der Laserstrahlung reflektiert wird und eine für die Drehbearbeitung sinnvolle Eindringtiefe im Material gewährleistet sein muss. Das Temperaturfeld im Material hängt in starkem Maß von der Wärmeleitfähigkeit des Materials ab. [05] To sufficiently soften the material, however, a high laser power is required as part of the laser radiation is reflected and a reasonable penetration depth in the material must be ensured for the turning process. The temperature field in the material depends to a large extent on the thermal conductivity of the material.
[06] Das Erwärmen von spröden Materialien mit einem Laser ist für Hochpräzisions- fertigungsanlagen nicht geeignet, da die Erwärmung des Materials zu einer Material- ausdehnung führt und reflektierte Laserstrahlung die Maschine erwärmt. Eine punktuelle Erwärmung kann auch zu Materialspannungen führen. Daher ist eine hochpräzise Drehbearbeitung von Keramiken oder Hartmetallen, wie insbesondere Werkzeugformen, mit einer herkömmlichen Drehbearbeitung mit Lasererwärmung des Werkstücks nicht möglich. [07] Die Firma MicroLAM schlägt vor, für die Erwärmung des Werkstücks bei der Drehbearbeitung einen Laserstrahl durch das Werkzeug hindurch auf die Oberfläche des Werkstücks zu führen. Hierfür wird als Werkzeug ein Diamant verwendet, an dessen Rückseite ein Laserstrahl eingekoppelt wird, während seine Schneide mit dem Werkstück im Eingriff ist. Dadurch wird das Werkstück genau am Ort der Bearbeitung in kleinem Volumen des Bulkmaterials erwärmt. Derartige Vorrichtungen sind jedoch sehr aufwändig in der Herstellung und Prozesseinstellung und mit ihnen kann auch das Problem der Wärmeausdehnung während der Werkstückbearbeitung nicht vollständig behoben werden. [06] The heating of brittle materials with a laser is not suitable for high-precision manufacturing plants, since the heating of the material leads to a material expansion and reflected laser radiation heats the machine. A punctual heating can also lead to material tensions. Therefore, a high-precision turning of ceramics or hard metals, such as molds in particular, with a conventional machining with laser heating of the workpiece is not possible. [07] MicroLAM proposes that a laser beam be passed through the tool onto the surface of the workpiece to heat the workpiece during turning. For this purpose, a diamond is used as a tool, at the back of a laser beam is coupled while its cutting edge is engaged with the workpiece. As a result, the workpiece is heated in the small volume of the bulk material exactly at the place of processing. However, such devices are very complex in the production and process adjustment and with them, the problem of thermal expansion during workpiece machining can not be completely eliminated.
[08] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfah- ren und eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass sie für hochpräzise Werkstückbearbeitungsprozesse einsetzbar sind. [09] Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. [08] The invention is therefore based on the object of further developing a generic method and a generic device such that they can be used for high-precision workpiece machining processes. [09] This object is procedurally achieved with the features of patent claim 1 and device with the features of claim 18. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
[10] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ausdehnung des Werk- Stücks während des Eingriffs zwischen Werkzeug und Werkstück zu einer schwer kontrollierbaren Spanabhebung fuhrt und die für den Prozess notwendige Laserleistung derart hoch ist, dass die Ausdehnung des Materials im Bereich der Bearbeitung nicht vernachlässigbar ist. The invention is based on the finding that the expansion of the workpiece during the engagement between tool and workpiece leads to a difficult to control chip removal and the laser power required for the process is so high that the expansion of the material in the processing not negligible.
[1 1] Dieses Problem wird auf einfache Art und Weise mit einem Verfahren gelöst, bei dem das Werkstück nur zeitweise im Eingriff mit dem Werkzeug ist. Dies führt überraschenderweise dazu, dass auch eine hochpräzise Bearbeitung des Werkstücks möglich wird, da das Werkzeug nicht kontinuierlich am Werkstück anliegt. [1 1] This problem is solved in a simple way with a method in which the workpiece is only temporarily engaged with the tool. This surprisingly leads to the fact that a high-precision machining of the workpiece is possible because the tool is not applied continuously to the workpiece.
[12] Die Kombination von Materialentfestigung durch Erwärmung mit einer ange- passten Spanvolumenreduktion führt zu einem zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Pro- zessgestaltung un'd ermöglicht es, je nach Vorgabe die Präzision und/oder die Produktivität zu erhöhen. [12] The combination of material hardening by heating with an adapted chip volume reduction leads to an additional degree of freedom in the process design and makes it possible to increase precision and / or productivity as required.
[13] Vorteilhaft ist es, wenn die Intervalle, während denen das Werkzeug das Werkstück berührt, länger sind als die Intervalle, während denen das Werkzeug das Werkstück nicht berührt. Dies führt zu einer hohen Produktivität, da das Werkzeug nur relativ kurz außer Eingriff mit dem Werkstück ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Werkzeug 2/3 des Intervalls oder sogar noch länger im Eingriff mit dem Werkzeug ist, um den Span zu bilden. [13] It is advantageous if the intervals during which the tool touches the workpiece are longer than the intervals during which the tool does not touch the workpiece. This leads to high productivity because the tool is only relatively short out of engagement with the workpiece. It is particularly advantageous if the tool is 2/3 of the interval or even longer in engagement with the tool to form the chip.
[14] Um besonders kurze Berührintervalle zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Werkzeug mit einem Ultraschallschwinger bewegt wird. Ein Ultraschallschwinger kann präzise immer an der relevanten Stelle das Werkzeug für einen kurzen Moment mit dem Werkstück in Verbindung bringen, um in dieser kurzen Zeit das Abheben eines Spans voranzutreiben. Die problematischen Wärmeausdehnungen und Spannungen während des Eingriffs des Werkzeugs am Werkstück werden somit auf eine minimale Zeit reduziert. In order to allow very short Berührintervalle, it is proposed that the tool is moved with an ultrasonic vibrator. An ultrasonic transducer can always precisely bring the tool into contact with the workpiece for a short time at the relevant point in order to lift off the tool in a short time To advance Spans. The problematic thermal expansions and stresses during the engagement of the tool on the workpiece are thus reduced to a minimum time.
[15] Um innerhalb dieser Zeit auch eine besonders hohe Kraft auf das Werkstück auszuüben, wird vorgeschlagen, dass das Werkzeug einen Diamant aufweist. Dies ermöglicht es auch besonders harte Materialien zu bearbeiten. [15] In order to exert a particularly high force on the workpiece within this time, it is proposed that the tool has a diamond. This also makes it possible to work on particularly hard materials.
[16] Daher wird weiterbildend vorgeschlagen, dass das Werkstück aus Keramik, Glas oder Hartmetall hergestellt ist. Das Werkstück kann dabei beispielsweise eine Form aus Wolframkarbid sein, die hochpräzise bearbeitet wird. [17] Erfreulicherweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, das Werkstück mit einer Formgenauigkeit von unter 5 μηι und vorzugsweise sogar unter 1 μηι herzustellen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Werkstück nach der Drehbearbeitung eine Oberflächengüte von unter 5 nm und vorzugsweise unter 3 nm Mittenrauwert hat. Therefore, it is further proposed that the workpiece made of ceramic, glass or hard metal is made. The workpiece may be, for example, a tungsten carbide mold, which is machined with high precision. Fortunately, the inventive method allows the workpiece with a dimensional accuracy of less than 5 μηι and preferably even below 1 μηι produce. It is particularly advantageous if the workpiece after turning has a surface quality of less than 5 nm and preferably less than 3 nm center roughness.
[18] Ein besonders vorteilhaftes Verfahren sieht vor, dass die Temperatur im Bereich der Drehbearbeitung koaxial zum Laserstrahl gemessen wird. Damit wird sichergestellt, dass die Temperatur genau an derjenigen Stelle gemessen wird, an der der Laserstrahl auf das Werkstück auftrifft. [18] A particularly advantageous method provides that the temperature in the area of the turning operation is measured coaxially to the laser beam. This ensures that the temperature is measured exactly at the point where the laser beam impinges on the workpiece.
[19] Um für die Drehbearbeitung möglichst konstant die optimale Temperatur am Werkstück einzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Temperatur im Bereich der Dreh- bearbeitung gemessen wird und zur Steuerung der Leistung des Laserstrahls verwendet wird. Dadurch kann während der Drehbearbeitung eine bestimmte Temperatur eingehalten werden und es können auch Temperaturprofile am Werkstück erzeugt werden. [19] In order to keep the optimum temperature at the workpiece as constant as possible for turning, it is proposed that the temperature in the area of the lathe be measured and used to control the power of the laser beam. As a result, a certain temperature can be maintained during turning and it can also be produced temperature profiles on the workpiece.
[20] Dabei hat sich herausgestellt, dass die Leistung des Laserstrahls so bemessen sein sollte, dass auf dem Werkstück eine Temperatur von über 500 °C, vorzugsweise über 1000 °C erreicht wird. [21] Vorteilhaft ist es, wenn die Leistung des Laserstrahls auf einer Eindringtiefe vom 5- bis 10-fachen der Zustelltiefe des Werkzeugs abgestimmt ist. It has been found that the power of the laser beam should be such that a temperature of over 500 ° C, preferably above 1000 ° C is reached on the workpiece. [21] It is advantageous if the power of the laser beam is tuned to a penetration depth of 5 to 10 times the infeed depth of the tool.
[22] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leistung des Laserstrahls auf einer Eindringtiefe des Werkzeugs von 5 bis 10 μηι abgestimmt ist. [23] Um einen hochpräzisen Spanabtrag zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Fläche des Laserstrahls auf dem Werkstück einer Fläche mit einem Durchmesser von 10 bis 500 μηι entspricht. [22] It is particularly advantageous if the power of the laser beam is tuned to a penetration depth of the tool of 5 to 10 μηι. In order to enable a high-precision chip removal, it is proposed that the surface of the laser beam on the workpiece corresponds to a surface with a diameter of 10 to 500 μm.
[24] Eine Ausführungsvariante des Verfahrens sieht vor, dass die Fläche des Laserstrahls auf dem Werkstück im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch ist. Die Fläche kann dabei so bemessen werden, dass der Laserstrahl nicht aktiv dem Kontaktpunkt zwischen Werkzeug und Bauteil nachgeführt werden muss. [24] A variant of the method provides that the surface of the laser beam on the workpiece is substantially rectangular or square. The area can be dimensioned so that the laser beam does not actively track the point of contact between the tool and component.
[25] Daher kann es vorteilhaft sein, wenn die Fläche des Laserstrahls auf dem Werkstück breiter ist als der abzuhebende Span. Therefore, it may be advantageous if the area of the laser beam on the workpiece is wider than the Span to be lifted.
[26] Eine vorteilhafte Ausführungsvariante des Verfahrens sieht vor, dass die Leis- tung des Laserstrahls bei 1 bis 100 Watt liegt. [26] An advantageous variant of the method provides that the power of the laser beam is 1 to 100 watts.
[27] Eine spezielle Ausführungsvariante sieht vor, dass der Laserstrahl gepulst ist und die Frequenz des Laserstrahls auf die Frequenz der Bewegung des Werkzeugs abgestimmt ist. Dabei kann der Laserstrahl auch als continuous wave auf das Werkstück auftreffen und das pulsen oder die continuous wave kann auf die Frequenz eines Ultra- schallschwingers abgestimmt sein. [27] A special embodiment provides that the laser beam is pulsed and the frequency of the laser beam is matched to the frequency of the movement of the tool. In this case, the laser beam can also impinge on the workpiece as a continuous wave, and the pulse or the continuous wave can be tuned to the frequency of an ultrasonic oscillator.
[28] Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert: [28] An embodiment is shown in the drawing and is explained in more detail below:
Es zeigt die Figur schematisch die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Ultraschallschwinger und einem Laser. It shows the figure schematically shows the machining of a workpiece with an ultrasonic transducer and a laser.
[29] Die in der Figur dargestellte Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus dem Werkzeug 2 und dem Laser 3. [30] Das Werkzeug hat eine Schneide 4, die ein Werkstück 5 berührt. Diese Schneide 4 ist an einem Ultraschallschwinger 6 befestigt, der eine auskragende Sonotrode 7 aufweist, die an der Koppelstelle 8 mit einem Piezoerreger 9 in Verbindung steht. Dieser Piezoerreger 9 weist Piezokeramiken 10 auf, die mit einem Ultraschalgenerator 1 1 in Verbindung stehen. Dies führt dazu, dass die Spitze 12 des Werkzeugs 2 sich beispiels- weise in einer elliptischen Form 13 bewegt. Dadurch wird am Werkstück 5 mit dem Werkzeug 2 ein Spanabtrag bewirkt. [29] The device 1 shown in the figure consists essentially of the tool 2 and the laser 3. [30] The tool has a cutting edge 4 which contacts a workpiece 5. This cutting edge 4 is attached to an ultrasonic oscillator 6, which has a projecting sonotrode 7, which is connected to the coupling point 8 with a piezoelectric actuator 9 in connection. This piezoelectric actuator 9 has piezoceramics 10, which are in communication with an ultrasonic generator 11. As a result, the tip 12 of the tool 2 moves, for example, in an elliptical shape 13. As a result, a chip removal is effected on the workpiece 5 with the tool 2.
[31] Der Laserstrahl 14 des Lasers 3 ist über eine Fokussieroptik 17 mit Spiegeln oder Linsen genau auf den Ort der Berührung zwischen der Spitze 12 des Werkzeugs 2 und dem Werkstück 5 ausgerichtet und an diesem Ort der Bearbeitung wird koaxial zum Laserstrahl 14 mit der Temperaturmesseinrichtung 15 die Temperatur des Werkstücks im Bearbeitungsbereich gemessen, um auf die Steuerung 16 des Lasers 3 einzuwirken. Dabei kann der Laserstrahl auch über einen vorzugsweise flexiblen Lichtleiter geführt werden. [31] The laser beam 14 of the laser 3 is aligned with mirrors or lenses via a focusing optics 17 exactly to the location of contact between the tip 12 of the tool 2 and the workpiece 5 and at this location of processing becomes coaxial with the laser beam 14 with the temperature measuring device 15, the temperature of the workpiece measured in the processing area to act on the controller 16 of the laser 3. In this case, the laser beam can also be guided via a preferably flexible light guide.
[32] Der Laser 3 steht Uber die Leitung 17 mit dem Ultraschallgenerator 1 1 in Ver- bindung, um die Zeit des Laserstrahls, seine Leistung und die Variation des Laserstrahls mit der durch den Ultraschallgenerator erzeugten Bewegung des Werkzeugs 2 abzustimmen. [32] The laser 3 is connected via the line 17 to the ultrasonic generator 1 1 in order to tune the time of the laser beam, its power and the variation of the laser beam with the movement of the tool 2 generated by the ultrasonic generator.
[33] Bei der Bearbeitung können Werkzeug, Werkstück und Laser mit geeigneten Einrichtungen (nicht gezeigt) derart bewegt und zueinander angeordnet werden, dass das Werkstück mit hoher Präzision und Produktivität bearbeitet wird. [33] During machining, the tool, workpiece and laser can be moved and arranged with suitable means (not shown) such that the workpiece is machined with high precision and productivity.

Claims

Verfahren für die Drehbearbeitung von Werkstücken (5) mit einem Werkzeug (2), bei dem das Werkstück (5) während der Drehbearbeitung mit einem Laserstrahl (14) erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) während der Drehbearbeitung derart bewegt wird, dass es in aufeinander folgenden Intervallen zeitweise das Werkstück (5) berührt und zeitweise das Werkstück (5) nicht berührt.  Method for turning workpieces (5) with a tool (2), in which the workpiece (5) is heated during the turning operation with a laser beam (14), characterized in that the tool (2) is moved during the turning operation in that, at successive intervals, it temporarily touches the workpiece (5) and temporarily does not touch the workpiece (5).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Intervalle, während denen das Werkzeug (2) das Werkstück (5) berührt länger sind als die Intervalle, während denen das Werkzeug (2) das Werkstück nicht berührt. A method according to claim 1, characterized in that the intervals during which the tool (2) touches the workpiece (5) are longer than the intervals during which the tool (2) does not touch the workpiece.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) mit einem Ultraschallschwinger (6) bewegt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tool (2) with an ultrasonic vibrator (6) is moved.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) einen Diamant aufweist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tool (2) comprises a diamond.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) aus Keramik, Glas oder Hartmetall hergestellt ist. (z.B. Wolframkarbid) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (5) made of ceramic, glass or hard metal is made. (e.g., tungsten carbide)
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) mit einer Formgenauigkeit von unter 5 μπι und vorzugsweise sogar unter 1 μηι hergestellt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (5) μπι with a dimensional accuracy of less than 5 μπι and preferably even less than 1 is produced.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) nach der Drehbearbeitung eine Oberflächengüte von unter 5 nm und vorzugsweise unter 3 nm Mittenrauwert aufweist. Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Bereich der Drehbearbeitung koaxial zum Laserstrahl (14) gemessen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (5) has a surface quality of less than 5 nm and preferably less than 3 nm center line roughness after the turning operation. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature in the region of the turning operation is measured coaxially to the laser beam (14).
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Temperatur im Bereich der Drehbearbeitung gemessen wird und zur Steuerung der Leistung des Laserstrahls (14) verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature in the region of the turning operation is measured and used to control the power of the laser beam (14).
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Laserstrahls (14) so bemessen ist, dass auf dem Werkstück (5) eine Temperatur von Uber 500 °C, vorzugsweise über 1000 °C erreicht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power of the laser beam (14) is dimensioned so that on the workpiece (5) a temperature of over 500 ° C, preferably above 1000 ° C is reached.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Laserstrahls (14) auf eine Eindringtiefe vom 5- bis 10- fachen der Zustelltiefe des Werkzeugs (2) abgestimmt ist. Method according to one of the aforementioned claims, characterized in that the power of the laser beam (14) is tuned to a penetration depth of 5 to 10 times the infeed depth of the tool (2).
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Laserstrahls (14) auf eine Eindringtiefe des Werkzeugs (2) von 5- bis 10 μπι abgestimmt ist. Method according to one of the aforementioned claims, characterized in that the power of the laser beam (14) is tuned to a penetration depth of the tool (2) of 5 to 10 μπι.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Laserstrahls (14) auf dem Werkstück (5) einer Fläche mit einem Durchmesser von 10 bis 500 μπι entspricht. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the laser beam (14) on the workpiece (5) corresponds to a surface with a diameter of 10 to 500 μπι.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Laserstrahls (14) auf dem Werkstück (5) im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the laser beam (14) on the workpiece (5) is substantially rectangular or square.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Laserstrahls auf dem Werkstück breiter ist als der abzuhebende Span. Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Laserstrahls bei 1 bis 100 Watt liegt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the area of the laser beam on the workpiece is wider than the Span to be lifted. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power of the laser beam is 1 to 100 watts.
Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl gepulst ist und die Frequenz des Laserstrahls auf die Frequenz der Bewegung des Werkzeugs abgestimmt ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam is pulsed and the frequency of the laser beam is tuned to the frequency of movement of the tool.
Vorrichtung (1 ), insbesondere für die Durchführung eines Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, mit einem Werkzeug (2) für die Drehbearbeitung und einem Laser (3), um den Ort der Drehbearbeitung zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (2) einen Ultraschallschwinger (6) aufweist. Device (1), in particular for carrying out a method according to the preceding claims, with a tool (2) for turning and a laser (3) to heat the location of the turning operation, characterized in that the tool (2) has a Ultrasound transducer (6).
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