WO2020211889A1

WO2020211889A1 - Vorrichtung zur finishbearbeitung von werkstückoberflächen

Info

Publication number: WO2020211889A1
Application number: PCT/DE2020/000076
Authority: WO
Inventors: Arvid Goldau; Harald Goldau; Stefan Heinrich
Original assignee: Hochschule Magdeburg-Stendal
Priority date: 2019-04-13
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2020-10-22
Also published as: DE102019002729B4; EP3956103A1; DE102019002729A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen. Die Vorrichtung (1) weist ein Gestell (2) mit Mitteln (3) zur Anordnung der Vorrichtung (1) an einer Werkzeugaufnahme (4) mit einer Antriebsschnittstelle einer CNC-Werkzeugmaschine sowie mit einer zur Antriebsschnittstelle der Werkzeugaufnahme (4) kompatiblen, um eine Drehachse (6) drehbaren Antriebswelle (5) und einem Oszillationskopf (7) mit einem am Oszillationskopf (7) angeordneten Finishwerkzeug (9) auf. Die Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, dass zur Erzeugung einer Oszillationsbewegung des Oszillationskopfes (7) an der Antriebswelle (5) ein zylindrischer Bereich (5.1) mit einer umlaufenden, entlang der Drehachse (6) der Antriebswelle (5) auslenkenden Nut (12) ausgebildet ist, dass der zylindrische Bereich (5.1) in einer Öffnung (13) im Oszillationskopf (7) drehbar und entlang der Drehachse (6) linear verschiebbar angeordnet ist, und dass der Oszillationskopf (7) ein Engriffselement (16) aufweist, welches in die umlaufende Nut (12) eingreift, so dass bei einer Drehung der Antriebswelle (5) um ihre Drehachse (6) infolge der Auslenkung der umlaufenden Nut (12) der Oszillationskopf (7) linear entlang der Drehachse (6) der Antriebswelle (5) bewegt wird. Die Vorrichtung (1) weist ein vergleichsweise geringes Bauvolumen auf und ist problemfrei an einem Werkzeugrevolver (4) anordenbar. Ein besonderer Vorzug der Vorrichtung (1) besteht in einer verzerrungsfrei linearen Oszillationsbewegung des Oszillationskopfes (7), wodurch eine qualitativ hochwertige Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen erreicht wird.

Description

Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstückober- flächen mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 . Insbe sondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Anordnung an einem Werkzeugre volver mit einer Antriebsschnittstelle einer CNC-Werkzeugmaschine, bevorzugt einer CNC-Drehmaschine. Unter Finishen wird ein spanendes Bearbeitungsverfahren mit geometrisch unbe stimmter Schneide verstanden, bei dem zwischen einem vielschneidigen Finish werkzeug, z.B. einem Finishstein, einer Finishhülse oder einem Finishband, und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche meist eine aus zwei Komponenten beste hende Schnittbewegung realisiert wird, indem einer Dreh- oder Hubbewegung eine kurzhubige Oszillationsbewegung überlagert wird. Die Dreh- oder Hubbewegung kann dabei sowohl vom Finishwerkzeug als auch vom Werkstück ausgeführt werden, während die kurzhubige Oszillationsbewegung überwiegend nur vom Finishwerkzeug, speziell dem Finishkopf, ausgeführt wird. Durch Finishen können Werkstückoberflächen mit einer Rauheit im Mikrometerbereich (R_a < 1 gm) sowie spezielle Strukturen der Werkstückoberfläche hergestellt werden. Bei der Finishbe arbeitung einer Werstückoberfläche werden dazu entweder die Spitzen des Rautie fenprofiles einer in einem vorangegangenen Bearbeitungsschritt erzeugten Werk stückoberfläche abgetragen und so die Struktur der Werkstückoberfläche verändert oder es erfolgt ein vollständiger Abtrag einer in einem vorangegangenen Bearbei- tungsschritt erzeugten Werkstückoberfläche. Im Fall des vollständigen Abtrages einer Werkstückoberfläche kann eine Finishbearbeitung mit einer Formgebung des Werkstückes im Sinne einer Formverbesserung der in vorangegangenen Bearbei tungsschritten erstellten Werkstückform verbunden sein. Der Materialabtrag bei einer Finishbearbeitung bewegt sich meist im Bereich weniger pm.

Es ist wünschenswert, die Finishbearbeitung als abschließenden Arbeitsschritt einer zuvor erfolgten formgebenden spanenden Werkstückbearbeitung ohne ein

Umspannen des Werkstückes, d.h. auf dergleichen Werkzeugmaschine, auf der die formgebende spanende Bearbeitung des Werkstückes erfolgte, durchzuführen. Aus dem Stand der Technik sind dazu verschiedene an einem Werkzeugrevolver einer CNC-Werkzeugmaschine anordenbare Vorrichtungen zur Finishbearbeitung bekannt. Neben dem Vorteil einer Finishbearbeitung eines Werkstückes nach einer formgebenden spanenden Werkstückbearbeitung ohne Umspannen haben an einem Werkzeugrevolver einer CNC-Werkzeugmaschine anordenbare Vorrichtun gen zur Finishbearbeitung den Vorteil, dass keine gesonderte Maschine zur Finish bearbeitung erforderlich ist. Besagte Vorrichtungen zur Finishbearbeitung besitzen zumeist Mittel zur Erzeugung einer kurzhubigen Oszillationsbewegung eines das Finishwerkzeug tragenden Oszillationskopfes. Zur Realisierung eines möglichst klei nen Bauvolumens wird bei besagten Vorrichtungen zur Finishbearbeitung meist auf einen eigenen Antrieb verzichtet. Vielmehr sind solche Vorrichtungen zur Finishbear beitung an eine im Werkzeugrevolver befindliche Antriebsschnittstelle ankoppelbar. Von einer standardisierten Anstriebsschnittstelle an einem Werkzeug revolver einer CNC-Werkzeugmaschine wird zumeist eine Drehbewegung zur Verfügung gestellt, aus der dann durch besagte Mittel der Vorrichtung zur Finishbearbeitung die kurzhu bige Oszillationsbewegung des das Finishwerkzeug tragenden Oszillationskopfes erzeugt wird.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Finishbearbeitung ist beispielsweise aus der DE 2005 026296 C5 bekannt. Beschrieben ist eine Vorrichtung zum Superfinishen eines Werkstückes mit einem Werkzeug, die Mittel zum Antrieb des Werkzeuges sowie Befestigungsmittel zum Befestigen der Vorrichtung an einer Werkzeugma schine aufweist, wobei der Werkzeughalter mittels eines externen Antriebes angetrieben wird. Die Vorrichtung weist keinen in die Vorrichtung integrierten Antrieb auf. Eine vom Antrieb auf die Vorrichtung übertragene Drehbewegung wird mittels eines Exzenters in eine oszillierende Bewegung umgewandelt und auf ein in einer Werk zeugaufnahme angeordnetes Werkzeug übertragen. Die Werkzeugaufnahme ist über parallel zueinander angeordnete Blattfedern am Werkzeughalter befestigt. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist eine nichtlineare Bewegung der Werkzeugaufnahme, was einen negativen Einfluss auf die Qualität der Finishbearbeitung hat.

Aus der DE 102012 108 594 A1 ist eine andere zum Anschluss an eine Motorspin del einer Werkzeugmachine ausgebildete Vorrichtung zur Finishbearbeitung bekannt. Die Vorrichtung weist eine an die Motorspindel der Werkzeugmaschine ankoppelbare drehbar gelagerte Spindel auf, deren Drehbewegung über Kegelräder auf eine Abtriebswelle mit einer um 90° zur Drehachse der Spindel gedrehten Drehachse übertragen wird. Die Drehbewegung einer Antriebswelle wird dann mittels einer Exzenteranordnung in eine Oszillationsbewegung transformiert und auf den das Werkzeug tragenden Oszillationskopf übertragen.

Obwohl die vorgenannten gattungsgemäßen Vorrichtungen zur Finishbearbeitung aus dem Stand der Technik im Vergleich zu Vorrichtungen mit einem in die Vorrich- tung integrierten Antrieb bereits vergleichsweise klein ausgebildet sind, besteht ein Bedarf an Vorrichtungen für eine qualitativ hochwertige Finishbearbeitung von Werk stückoberflächen zur Anordnung an einem Werkzeugrevolver mit einer Antriebs^¬ schnittstelle einer CNC-Werkzeugmaschine, die ein nur sehr geringes Bauvolumen einnehmen und so neben anderen Werkzeugen problemfrei an einem Werkzeugre volver angeordnet und derart auch bei einem kleinen Arbeitsraum der CNC-Werk zeugmaschine für eine Finishbearbeitung eingesetzt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Finishbear beitung von Werkstückoberflächen mit einem geringen Bauvolumen, die an einer Werkzeugaufnahme, wie beispielsweise einem Werkzeugrevolver einer CNC-Werk zeugmaschine anordenbar ist und eine qualitativ hochwertige Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen mit den Merkmalen des 1 . Patentanspruches gelöst. In den Patentansprüchen 2 bis 7 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung beschrieben.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstückober flächen weist ein Gestell mit Mitteln zur Anordnung der Vorrichtung an einer Werk zeugaufnahme, wie beispielsweise einem Werkzeugrevolver mit einer Antriebs schnittstelle einer CNC-Werkzeugmaschine sowie mit einer zur Antriebsschnittstelle der Werkzeugaufnahme kompatiblen, um eine Drehachse drehbaren Antriebswelle und einen Oszillationskopf mit einem am Oszillationskopf angeordneten Finishwerkzeug auf. Der Oszillationskopf ist entlang der Drehachse der Antriebswelle linear beweglich am Gestell angeordnet. Die Antriebswelle weist einen zylindrischen Bereich mit einer zur Drehachse der Antriebswelle rotationssymmetrisch ausgebilde ten äußeren Mantelfläche auf. Die äußere Mantelfläche des zylindrischen Bereiches greift in eine starr im Oszillationskopf angeordnete Öffnung mit einer zur äußeren Mantelfläche des zylindrischen Bereiches korrespondierenden inneren Mantelfläche derart ein, dass der zylindrische Bereich innerhalb dieser Öffnung im Oszillationskopf um die Drehachse der Antriebswelle drehbar und entlang der Drehachse linear bewegbar ist. In die äußere Mantelfläche des zylindrischen Bereiches oder in die innere Mantelfläche der Öffnung ist eine radial um die Mantelfläche umlaufende Nut eingearbeitet, die in Bezug zu einer orthogonal zur Drehachse der Antriebswelle liegenden Ebene mindestens einmal auslenkt. Der Verlauf der umlaufenden Nut um die Mantelfläche ist so ausgebildet, dass die Abwicklung dieser umlaufenden Nut eine glatte Funktion ergibt, die mindestens zwei Wendepunkte aufweist. Ist die umlaufende Nut in die äußere Mantelfläche des zylindrischen Bereiches eingearbei tet, ist an der inneren Mantelfläche der Öffnung am Oszillationskopf mindestens ein Eingriffselement mit einem in die umlaufende Nut eingreifenden Eingriffsende ange ordnet. Ist die umlaufende Nut in die innere Mantelfläche der Öffnung am Oszillati onskopf eingearbeitet, ist mindestens ein Eingriffselement mit einem in die umlaufen de Nut eingreifenden Eingriffsende am zylindrischen Bereich der Antriebswelle ange ordnet. Die Anordnung des Eingriffselementes mit dem in die umlaufende Nut eingreifenden Eingriffsende ist derart, dass eine in Richtung der Drehachse der Antriebswelle auf das Eingriffsende des Eingriffselementes wirkende Kraft auf den Oszillationskopf übertragen wird, so dass bei einer Drehung der Antriebswelle um ihre Drehachse infolge der Auslenkung der umlaufende Nut in Bezug zu der orthogo nal zur Drehachse der Antriebswelle liegenden Ebene der Oszillationskopf linear entlang der Drehachse der Antriebswelle bewegt wird.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung zur Finishbearbeitung ist das Eingriffsende des Eingriffselementes als Kugel ausgebildet. Dabei kann außerdem bevorzugt die Kugel federkraftbelastet mit Wirkrichtung der Federkraft radial zur Drehachse der Antriebswelle und in Richtung der umlaufenden Nut drehbar ange ordnet sein.

Ebenfalls bevorzugt kann der Querschnitt der umlaufenden Nut als gotisches Profil ausgebildet sein, wobei die Breite der Öffnung der umlaufenden Nut wenigstens 2/3 des Durchmessers der Kugel ist.

Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung ist die Abwicklung des Verlaufes der umlaufenden Nut um die Mantelfläche eine glatte Funktion mit einer geraden Anzahl von Wendepunkten, wobei bei mehr als zwei Wendepunkten und einem periodischen Verlauf der Funktion die Anzahl der mit ihrem jeweiligen Eingriffs ende in die umlaufende Nut eingreifenden Eingriffselemente der Anzahl der Perioden der Funktion entspricht und die jeweiligen Eingriffsenden der Eingriffselemente über den Umfang der Mantelfläche in einer orthogonal zur Drehachse der Antriebswelle liegenden Kreisbahn angeordnet sind und der zwischen den Eingriffsenden der Eingriffselemente eingeschlossene Winkel gleich groß ist.

Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausbildung der Vorrichtung ist der Oszillationskopf über Linearlager in Richtung der Drehachse der Antriebswelle linear beweglich am Gestell angeordnet. Besonders bevorzugt sind dabei 4 Linearlager vorgesehen. Insbesondere aufgrund der im Hauptanspruch genannten Merkmale kann eine erfin^¬ dungsgemäße Vorrichtung zur Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen beson ders raumsparend, d.h. mit einem geringen Bauvolumen ausgebildet sein. Dabei wirkt es sich besonders günstig aus, dass die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Oszillationsbewegung des Oszillationskopfes umgesetzt wird, deren Richtung mit der Richtung der Drehachse der Antriebswelle übereinstimmt bzw. parallel zu dieser verläuft. Ein weiterer besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in einer verzerrungsfrei linearen Oszillationsbewegung des Oszillations kopfes und damit des am Oszillationskopf angeordneten Finishwerkzeuges. Diese verzerrungsfreie lineare Oszillationsbewegung ermöglicht eine qualitativ hochwertige Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläu tert werden.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 : eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung, in

Fig. 2A: eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausbildung der Vorrichtung zur Finischbearbeitung, in

Fig. 2B: eine Abwicklung der umlaufenden Nut, in

Fig. 3: eine zweite Explosionsdarstellung der ersten Ausbildung der Vorrich tung zur Finischbearbeitung, in

Fig. 4: den Arbeitsraum einer CNC-Werkzeugmaschine mit einer am Revol ver angeordneten Vorrichtung zur Finishbearbeitung, in

Fig. 5A: eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausbildung der Vorrichtung zur Finishbearbeitung, in

Fig. 5B: eine Abwicklung der umlaufenden Nut, in

Fig. 6: eine zweite Explosionsdarstellung der zweiten Ausbildung der Vorrich tung zur Finishbearbeitung, in

Fig. 7: eine Antriebswelle in Wirkverbindung mit einem Oszillationszylinder gemäß der zweiten Ausbildung der Vorrichtung und in

Fig. 8: einen Oszillationszylinder gemäß der zweiten Ausbildung der Vorrich tung im Schnitt in Wirkverbindung mit einer Antriebswelle.

Eine in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Finishbearbeitung von Werkstückober flächen umfasst ein Gestell 2 mit einem Mittel 3 zur Anordnung der Vorrichtung 1 an einer Werkzeugaufnahme 4 (dargestellt in Fig. 4 als Werkzeugrevolver 4). Das Mittel 3 zur Anordnung der Vorrichtung 1 an einer Werkzeugaufnahme 4 besitzt eine mit einer Antriebsschnittstelle der Werkzeugaufnahme 4 kompatible Antriebswelle 5 mit einer Drehachse 6. Am Gestell 2 ist in Richtung der Drehachse 6 linear beweglich ein Oszillationskopf 7 angeordnet. Der Doppelpfeil 8 zeigt die Richtung der linearen Beweglichkeit des Oszillationskopfes 7. Am Oszillationskopf 7 ist als Finishwerkzeug ein Finishstein 9 fest angeordnet. Die feste Anordnung des Finishsteines 9 erfolgt durch Klemmung mittels einer Klemmbacke 10.

Die nachfolgenden Erläuterungen zur ersten Ausbildung der Vorrichtung 1 nehmen, soweit nicht ausdrücklich anders erwähnt, immer Bezug auf die Figuren 2A und 2B sowie Figur 3.

Die Fig. 2A und 3 zeigen die Antriebswelle 5 mit einem zylindrischen Bereich 5.1 mit einer zur Drehachse 6 der Antriebswelle 5 rotationssymetrisch, im vorliegenden Beispiel kreiszylinderförmigen, äußeren Mantelfläche 1 1 . In die äußere Mantel^¬ fläche 1 1 ist um diese umlaufend eine Nut 12 eingearbeitet. Die umlaufende Nut 12 lenkt in Bezug zu einer orthogonal zur Drehachse 6 der Antriebswelle 5 liegenden Ebene mehrfach aus. Eine Abwicklung der umlaufenden Nut 12 ergibt eine Funktion mit einem sinusförmigen Verlauf mit 3 Perioden, wie in Figur 2B veranschaulicht. Im Oszillationskopf 7 ist korrespondierend zur äußeren Mantelfläche 1 1 des zylindri^¬ schen Bereiches 5.1 eine Öffnung 13 mit einer inneren Mantelfläche 14 eingearbei tet. Die Öffnung 13 ist so ausgebildet, dass der zylindrische Bereich 5.1 spielfrei und vollständig in diese Öffnung einführbar und dabei sowohl radial als auch in Richtung der Längsachse 6 der Antriebswelle 5 beweglich ist. In den Oszillationskopf 7 ist außerdem eine Bohrung 15 eingebracht, die sich radial bis in die innere

Mantelfläche 14 der Öffnung 13 erstreckt. In diese Bohrung 15 ist ein Eingriffselement 16 mit einem Eingriffsende 17 einführbar. Das Eingriffselement 16 ist mittels eines in die Bohrung 15 einschraubbaren Sicherungselementes 18 gegen ein Herausgleiten aus der Bohrung 16 sicherbar. Die Anordnung der Bohrung 15 im Oszillationskopf 7 ist derart, dass bei einem in die Öffnung 13 vollständig eingeführ ten zylindrischen Bereich 5.1 der Antriebswelle 5 das Eingriffsende 1 7 des Eingriffs elementes 16 in die umlaufende Nut 1 1 eingreift. Das Engriffsende 17 und die umlau fende Nut 1 1 sind so ausgebildet, dass das Eingriffsende 17 spielfrei in der umlau fenden Nut 1 1 gleiten kann. Bevorzugt ist das Eingriffsende 17 halbkugelförmig und der Querschnitt der umlaufenden Nut 1 1 als gotisches Profil ausgebildet. Das Siche rungselement 18 zu Sicherung des Eingriffselementes 16 gegen ein Herausrutschen aus der Bohrung 15 kann ein in Längsrichtung der Bohrung 15 wirkendes Federele ment umfassen, mittels dessen das Eingriffsende 17 des Eingriffselementes 16 federkraftbelastet in der umlaufenden Nut 1 1 gehalten wird. Die linear entlang der Drehachse 6 der Antriebswelle 5 bewegliche Anordnung des Oszillationskopfes 7 am Gestell 2 erfolgt mittels 4 Linearlagern 19. Die Linearlager 19 werden auf fest am Gestell 2 angeordnete Zapfen 20, deren Längsachsen parallel zur Drehachse 6 der Antriebswelle 5 verlaufen, aufgesteckt und greifen mit ihrer äußeren Mantelfläche in korrespondierend im Oszillationskopf 7 angeordnete und korrespondierend zu den Linearlagern 19 bemessene Bohrungen 21 ein.

Der Zusammenbau der in den Figuren 2A und 3 gezeigten Vorrichtung 1 erfolgt, indem zunächst die Antriebswelle 5 in das Gestell 2 beziehungsweise das Mittel 3 zur Anordnung der Vorrichtung 1 an einer Werkzeugaufnahme 4 eingesetzt und mittels eines nicht dargestellten Sicherungselementes gegen Herausrutschen gesi chert wird. Die Linearlager 19 werden in die Bohrungen 21 im Oszillationskopf 7 eingeschoben. Danach werden der Oszillationskopf 7 und das Gestell 2 zusammen gefügt, wobei die Linearlager 19 auf die Zapfen 20 aufgeschoben und der zylindri sche Bereich 5.1 in die Öffnung 13 eingeführt werden. Das Eingriffselement 16 wird in die Bohrung 15 im Oszillationskopf 7 soweit eingesteckt, bis das Eingriffsende 17 in die umlaufende Nut 12 eingreift. Gegebenenfalls kann es dazu erforderlich sein, die Antriebswelle 5 schrittweise zu drehen und/oder den Oszillationskopf 7 in Rich tung des Doppelpfeiles 8 stückweise linear zu verschieben. Abschließend wird das Sicherungselement 18 in die Bohrung 15 eingeschraubt und so das

Eingriffselement 16 gegen ein Herausrutschen aus der Bohrung 15 bzw. das Eingriff sende 17 gegen ein Herausgleiten aus der umlaufenden Nut 12 gesichert.

Mittels der beschriebenen Vorrichtung 1 wird eine Drehbewegung der Antriebswel le 5 in eine lineare Oszillationsbewegung des Oszillationskopfes 7 transformiert. Bei einer Drehung der Antriebswelle 6 wirkt auf das in die umlaufende Nut 12 eingreifen de Eingriffsende 17 des Eingriffselementes 16 eine in Richtung der Drehachse 6 der Antriebswelle 5 wirkende Kraft. Diese Kraft bewirkt eine lineare Verschiebung des mit dem Eingriffselement 16 wirkverbundenen Oszillationskopfes 7 entlang der

Drehachse 6 der Antriebswelle 5. Die Ausbildung der Verlaufes der umlaufenden Nut 12 mit bei der gezeigten Variante sechs Wendepunkten führt bei einer Umdre hung der Antriebswelle 5 zu einem sechsmaligen Wechsel der Wirkrichtung der vorgenannten auf das Eingriffsende 17 des Eingriffselementes 16 wirkenden Kraft. Der Oszillationskopf 7 wird somit bei einer Umdrehung der Antriebswelle 5 dreimal hin- und herbewegt, erführt somit bei einer fortgesetzten Drehung der Antriebswel le 5 eine lineare Oszillationsbewegung entlang der Drehachse der Antriebswelle 5 aus. Der Hub der Oszillationsbewegung des Oszillationskopfes 7 ist abhängig von der Form, insbesondere der Auslenkung der umlaufenden Nut 12 in Bezug zu einer orthogonal zur Drehachse 6 der Antriebswelle 5 liegenden Ebene. Bei dem in Fig. 5B gezeigten Verlauf der umlaufenden Nut 12 beträgt der Hub der Oszillationsbewe gung des Oszillationskopfes 7 2 mm. Die Frequenz der Oszillationsbewegung des Oszillationskopfes 7 ist abhängig von der Drehzahl der Antriebswelle 5, wie leicht einzusehen ist.

Figur 4 zeigt den Arbeitsraum einer CNC-Werkzeugmaschine mit einer als Werkzeu grevolver 4 ausgebildeten Werkzeugaufnahme 4 angeordneten Vorrichtung 1 zur Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen. Es ist gut zu erkennen, dass aufgrund des geringen Bauvolumens der Vorrichtung 1 noch eine Reihe weiterer Werkzeuge, wie beispielsweise eine Drehhalteraufnahmen für Drehhalter zum Vor- und Fertigdre hen, am Werkzeugrevolver 4 angeordnet werden können. Somit können sowohl die spanende Fertigung wie auch die abschließende Finishbearbeitung eines Werk stückes 22 in einer Spannung des Werkstückes 22 auf einer CNC-Werkzeugma schine durchgeführt werden. Dabei ermöglicht die Vorrichtung die Realisierung einer Finishbearbeitung, die höchsten Anforderungen hinsichtlich der zu erzeugenden Oberflächenstrukturen im Submikrometerbereich gerecht wird. Dies wird insbeson dere durch die verzerrungsfreie lineare Oszillation des Oszillationskopfes 7 und damit des Finishwerkzeuges 9 erreicht.

Die Figuren 5A und 6 zeigen eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausbildung der Vorrichtung 1 zur Finishbearbeitung. Diese zweite Ausbildung der Vorrichtung 1 zur Finishbearbeitung zeichnet sich dadurch aus, dass die Abwicklung der umlau fenden Nut 12 in der äußeren Mantelfläche 1 1 des zylindrischen Bereiches eine Funktion mit einem sinusförmigen Verlauf mit 3 Perioden ergibt und in diese umlaufende Nut 12 drei als Kugeln ausgebildete Eingriffselemente 16 radial umlaufend, jeweils um einen Winkel von 120° versetzt, eingreifen. Der Querschnitt der umlaufen den Nut 12 ist als gotisches Profil ausgebildet, und zwar derart, dass die als Kugeln ausgebildeten Eingriffselemente 16 jeweils zu weniger als 50 % ihres Durchmessers in das umlaufende Profil eingreifen können. Die Eingriffselemente 16 sind in einem in den Oszillationskopf 7 einpassbaren Oszillationszylinder 23 angeordnet, in dem sich auch die Öffnung 13 mit der inneren Mantelfläche 14 befindet. Die Öffnung 13 mit der inneren Mantelfläche 14 ist, wie bereits zur ersten Ausbildung der Vorrichtung 1 beschrieben, korrespondierend zum zylindrischen Bereich 5.1 an der Antriebswel le 5 ausgebildet. Der Oszillationszylinder 23 ist in eine in den Oszillationskopf 7 eingearbeitete Ausnehmung 24 einschiebbar und mittels zweier Schrauben 25 mit dem Oszillationskopf 7 fest verschraubbar. In der Zylinderwandung des Oszillations zylinders 23 sind drei radial nach innen bis zur inneren Mantelfläche 14 der Öffnung 13 reichende Bohrungen 15 angeordnet. Die Längsachsen der Bohrungen 15 schließen zueinander jeweils einen Winkel von 120° ein. Der Durchmesserder Bohrungen 15 entspricht mit einem geringen Aufmaß dem Durchmesser der als Kugeln ausgebildeten Eingriffselemente 16, und zwar derart, dass die als Kugeln ausgebildeten Eingriffselemente 16 durch die Bohrungen 15 hindurchgleiten können. In die Bohrungen 15 sind Sicherungselemente 18 zur Sicherung der Eingriffselemente 16 einschraubbar und in den Bohrungen 15 versenkbar. Ein Siche rungselement 18 besteht dabei aus einem mit einem Außengewinde versehenen Schraubteil 18.1 , einem Federelement 18.2 und einem das als Kugel ausgebildete Eingriffselement 16 führenden Führungselement 18.3. Die dem als Kugel ausgebil deten Eingriffselement 16 zugewandte Stirnseite des Führungselementes 18.3 weist eine der Form der Kugel angepasste Ausnehmung auf, in der das als Kugel ausgebil dete Eingriffselement 16 drehbar geführt wird.

Figur 5B veranschaulicht eine Funktion der Abwicklung der umlaufenden Nut 12 und die Positionierung der drei Eingriffselemente 16 entlang des Verlaufes der umlaufen den Nut 12.

Der Zusammenbau der in den Figuren 5A und 6 gezeigten zweiten Ausbildung der Vorrichtung 1 zur Finishbearbeitung erfolgt, indem zunächst die Antriebswelle 5 in das Gestell 2 beziehungsweise das Mittel 3 zur Anordnung der Vorrichtung 1 an einer Werkzeugaufnahme 4 eingesetzt und mittels eines nicht dargestellten Sicherungselementes gegen Herausrutschen gesichert wird. Nachfolgend werden die Linearlager 19 in die Bohrungen 21 im Oszillationskopf 7 eingeschoben. Ansch ließend wird der Oszillationszylinder 23 auf den zylindrischen Bereich 5.1 an der Antriebswelle 5 aufgeschoben, indem der zylindrische Bereich 5.1 in die Öffnung 13 im Oszillationszylinder 23 eingeführt wird. Durch Drehung des Oszillationszylin ders 23 oder der Antriebswelle 5 werden der Oszillationszylinder 23 und der zylindri sche Bereich 5.1 an der Antriebswelle 5 so zueinander positioniert, dass sich die Bohrungen 15 jeweils über der umlaufenden Nut 12 befinden. Danach werden die als Kugeln ausgebildeten Eingriffselemente 16 in die Bohrungen 15 eingeführt und mittels der Sicherungselemente 18 gegen ein Herausrutschen gesichert. Die

Schraubteile 18.1 der Sicherungselemente 18 werden soweit in die Bohrungen 15 eingeschraubt, bis die Federelemente 18.2 hinreichend gespannt sind und die Eingriffselemente 16 durch die Führungselemente 18.3 federbelastet in die umlau- fende Nut 12 gedrückt und federbelastet geführt werden und die Schraubteile 18.1 vollständig in den Bohrungen 15 versenkt sind. Anschließend wird der Oszillations zylinder 23 in die Ausnehmung 24 im Oszillationskopf 7 eingeschoben und gleichzei- tig der Oszillationskopf 7 mit dem Gestell 2 zusammengefügt, wobei die in den Bohrungen 21 im Oszillationskopf 7 befindlichen Linearlager 19 auf die Zapfen 20 als Gestell 2 aufgeschoben werden. Abschließend wird der Oszillationszylinder 23 mit dem Oszillationskopf 7 mittels der Schrauben 25 fest verschraubt.

Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine Antriebswelle 5 in Wirkverbindung mit einem Oszillationszylinder 23 gemäß der zweiten Ausbildung der Vorrichtung 1 , wobei in Fig. 7 der Oszillationszylinder 23 geschnitten dargestellt ist und Fig. 8 einen

Schnitt A-A durch den Oszillationszylinder 23 und den zylindrischen Bereich 5.1 der Antriebswelle 5 zeigt. Der zylindrische Bereich 5.1 derAntriebswelle ist in die Öffnung 13 im Oszyllationszylinder 23 eingeschoben. Die äußere Mantelfläche 1 1 des zylindrischen Bereiches 5.1 und die innere Mantelfläche 14 der Öffnung 13 sind so bemessen und ausgebildet, dass sie spielfrei aufeinander gleiten können, derart, dass der zylindrische Bereich 5.1 und damit auch die Antriebswelle 5 gegenüber dem Osziflationszylinder 23 um die Drehachse 6 drehbar und entlang der

Drehachse 6 linear verschiebbar ist. Die als Kugeln ausgebildeten Eingriffselemen te 16 greifen in die umlaufende Nut 12 in der äußeren Mantelfläche 1 1 des zylindri schen Bereiches 5.1 ein. Sie werden dabei durch die aus Führungselement 18.3, Federelemente 18.2 und Schraubteil 18.1 bestehenden Sicherungselemente 18 gehalten und federkraftbelastet in die umlaufende Nut 12 gedrückt. Wird die

Antriebswelle 5 samt ihres zylindrischen Bereiches 5.1 gegenüber dem Oszillations zylinder 23 um die Drehachse 6 gedreht, wird dadurch eine lineare Bewegung des Oszillationszylinders 23 entlang der Drehachse 6 bewirkt.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Vorrichtung

2 Gestell

3 Mittel zur Anordnung an einer Werkzeugaufnahme

4 Werkzeugaufnahme, Werkzeugrevolver

5 Antriebswelle

5.1 zylindrischer Bereich

6 Drehachse

7 Oszillationskopf

8 Doppelpfeil zur Veranschaulichung der linearen Bewegung des

Oszillationskopfes

9 Finishstein

10 Klemmbacke

1 1 äußere Mantelfläche

12 umlaufende Nut

13 Öffnung

14 innere Mantelfläche

15 Bohrung

16 Eingriffselement

17 Eingriffsende

18 Sicherungselement

18.1 Schraubteil

18.2 Federelement

18.3 Führungselement

19 Linearlager

20 Zapfen

21 Bohrung

22 Werkstück

23 Oszillationszylinder

24 Ausnehmung

25 Schrauben

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung (1 ) zur Finishbearbeitung von Werkstückoberflächen, aufweisend ein Gestell (2) mit Mitteln (3) zur Anordnung der Vorrichtung (1) an einer Werkzeug aufnahme (4) mit einer Antriebsschnittstelle einer CNC-Werkzeugmaschine sowie mit einer zur Antriebsschnittstelle der Werkzeugaufnahme (4) kompa^¬ tiblen, um eine Drehachse (6) drehbaren Antriebswelle (5) und einem Oszillati^¬ onskopf (7) mit einem am Oszillationskopf (7) angeordneten Finishwerkzeug (9), dadurch gekennzeichnet, dass

der Oszillationskopf (7) in Richtung der Drehachse (6) der Antriebswelle (5) linear beweglich am Gestell (2) angeordnet ist, dass die Antriebwelle (5) einen zylindri schen Bereich (5.1 ) mit einer zur Drehachse (6) der Antriebswelle (5) rotations symmetrisch ausgebildeten äußeren Mantelfläche (1 1 ) aufweist, der in eine zum zylindrischen Bereich (5.1) korrespondierende, starr im Oszillationskopf (7) ange ordnete Öffnung (13) mit einer zur äußeren Mantelfläche (1 1 ) des zylindrischen Bereiches (5.1) korrespondierenden inneren Mantelfläche (14) eingreift, dass in die äußere Mantelfläche (1 1 ) des zylindrischen Bereiches (5.1 ) oder in die innere Mantelfläche (14) der Öffnung (13) eine radial um die Mantelfläche (1 1 oder 14) umlaufende Nut (12) eingearbeitet ist, wobei diese umlaufende Nut (12) in Bezug zu einer orthogonal zur Drehachse (6) der Antriebswelle (5) liegenden Ebene mindestens einmal auslenkt und derart eine Abwicklung des Verlaufes dieser umlaufenden Nut (12) eine glatte Funktion ergibt, die mindestens zwei Wende punkte aufweist, und dass an der keine Nut aufweisenden Mantelfläche (1 1 oder 14) ein Eingriffselement (16) mit einem in die umlaufende Nut (12) eingreifenden Eingriffsende (17) angeordnet ist, derart, dass in Richtung der Drehachse (6) der Antriebswelle (5) eine auf das Eingriffsende (17) des Eingriffselementes (16) wirkende Kraft auf den Oszillationskopf (7) übertragen wird, so dass bei einer Drehung der Antriebswelle (5) um ihre Drehachse (6) infolge der Auslenkung der umlaufenden Nut (12) in Bezug zu der orthogonal zur Drehachse (6) der

Antriebswelle (5) liegenden Ebene der Oszillationskopf (7) linear entlang der Drehachse (6) der Antriebswelle (5) bewegt wird.

2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Eingriffsende (17) des Eingriffselementes (16) als Teil einer Kugel ausgebildet ist.

3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Eingriffselement (16) als Kugel ausgebildet ist.

4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kugel federkraftbelastet mit Wirkrichtung der Federkraft radial zur

Drehachse (6) der Antriebswelle (5) und in Richtung der umlaufenden Nut (12) drehbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Querschnitt der umlaufenden Nut (12) als gotisches Profil ausgebildet ist und die Breite der Öffnung der umlaufenden Nut (12) wenigstens 50 % des Durch- messers der Kugel ist.

6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Abwicklung des Verlaufes der umlaufenden Nut (12) um die Mantelfläche (1 1 , 14) eine glatte Funktion mit einer geraden Anzahl von Wendepunkten ist, wobei bei mehr als zwei Wendepunkten und einem periodischen Verlauf der Funktion die Anzahl der mit ihrem jeweiligen Eingriffsende (17) in die umlaufende Nut (12) eingreifenden Eingriffselemente (16) der Anzahl der Perioden der Funktion entspricht und die jeweiligen Eingriffsenden (17) der Eingriffselemente (16) über den Umfang der Mantelfläche (1 1 , 14) in einer orthogonal zur Drehachse (6) der Antriebswelle (5) liegenden Kreisbahn angeordnet sind und der zwischen den Eingriffsenden (17) der Eingriffselemente (16) eingeschlossene Winkel a gleich groß ist.

7. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Oszillationskopf (7) über Linearlager (19) in Richtung der Drehachse (6) der Antriebswelle (5) linear beweglich am Gestell (2) angeordnet ist.