[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum beidseitigen Feinstbearbeiten oder Superfinishen
von scheibenförmigen Werkstücken oder Werkstückflächen mit planer und/oder sphärischer
Oberfläche.
[0002] Derartige Vorrichtungen sind z.B. aus der EP 640 436 A1 oder EP 640 437 A1 bekannt.
Diese beiden Druckschriften betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Feinschleifen
eines Bremsscheibenkranzes einer Bremsscheibe, wobei das Werkzeug über eine gelenkige
Aufnahme relativ zu der zu bearbeitenden Fläche verstellbar ist.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art so weiterzubilden, daß mit ihr scheibenförmige Werkstücke optimal auf beiden Seiten
gleichzeitig bearbeitet werden können.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zum beidseitigen
Feinstbearbeiten oder Superfinishen von scheibenförmigen Werkstücken mit planen und/oder
sphärischen Oberflächen Mittel zum Aufnehmen des Werkstücks aufweist und außerdem
versehen ist mit einem ersten, in einer ersten Werkzeugspindel drehbar aufgenommenen
Werkzeug zum Bearbeiten der einen Oberfläche des Werkstücks, wobei die erste Werkzeugspindel
in einer ersten Orbitspindel drehbar aufgenommen ist und die Achse der ersten Werkzeugspindel
und die Achse der ersten Orbitspindel einen ersten Abstand zueinander aufweisen, mit
einem zweiten, in einer zweiten Werkzeugspindel drehbar aufgenommenen Werkzeug zum
Bearbeiten der anderen Oberfläche des Werkstücks, wobei die zweite Werkzeugspindel
in einer zweiten Orbitspindel drehbar aufgenommen ist und die Achse der zweiten Werkzeugspindel
und die Achse der zweiten Orbitspindel einen zweiten Abstand zueinander aufweisen,
und bei der Bearbeitung des Werkstücks beide Orbitspindeln und beide Werkzeugspindeln
in Drehbewegung versetzt werden.
[0005] Unter scheibenförmiger Werkstückfläche werden z.B. Stirnflächen von Bohrungen verstanden,
die in einem Gehäuse, z.B. Pumpengehäuse, vorgesehen sind. Nachfolgend wird stets
auf scheibenförmige Werkstücke Bezug genommen, wobei dies nicht einschränkend verstanden
werden soll.
[0006] Mit einer derartigen Vorrichtung können scheibenförmige Werkstücke auf einfache und
schnelle Art und Weise bearbeitet werden. Außerdem führt die erfindungsgemäße Vorrichtung
zu minimalen Verformungen des Werkstücks, was sich in sehr engen Bearbeitungstoleranzen
wiederspiegelt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können verschiedene Schliffbilder,
insbesondere kann ein Kreuzschliff erzeugt werden.
[0007] Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Mittel zum Aufnehmen des Werkstücks
dieses an seinen Randflächen aufnehmen. Bevorzugt bilden die Mittel zum Aufnehmen
des Werkstücks eine Dreipunkt- oder Dreilinienlagerung. Eine andere Ausführungsform
sieht vor, daß zur Halterung des Werkstücks eine Spannzange verwendet wird. Das Haltemittel
ergreift das Werkstück an dessen Randfläche, so daß die zu bearbeitenden Stirnseiten
frei zugänglich sind. Außerdem wird das Werkstück über die Haltemittel gegen Drehbewegungen,
radialen Versatz u.dgl. festgehalten. Die Bestückung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und die Werkstückentnahme kann vollautomatisch, z.B. über eine Revolverhalterung oder
linear verfahrbare Halterung erfolgen.
[0008] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Drehrichtungen aller Spindeln gleich. Dies hat den Vorteil, daß innerhalb
der Spindelantriebe auf Vorrichtungen zur Drehrichtungsumkehr verzichtet werden kann.
[0009] Bei anderen Ausführungsformen ist vorgesehen, daß die Drehrichtungen der ersten Werkzeugspindel
und/oder der ersten Orbitspindel ungleich der Drehrichtungen der zweiten Werkzeugspindel
und/oder der zweiten Orbitspindel ist. Durch diese Ausgestaltung können eine Vielzahl
von unterschiedlichen Superfinishverfahren durchgeführt werden.
[0010] Dadurch, daß das erste Werkzeug und/oder das zweite Werkzeug, insbesondere hydraulisch,
pneumatisch oder über eine NC-Steuerung von beiden Seiten des Werkstücks anstellbar
sind, ist ein vollautomatischer Betrieb möglich. Außerdem ist eine Einbindung des
Ansteuerantriebs in herkömmliche Maschinen problemlos möglich.
[0011] Optimale Arbeitsergebnisse werden dadurch erzielt, daß die Achsen der beiden Werkzeuge
um einen von 0° verschiedenen Winkel, insbesondere um 90° zueinander versetzt sind.
Auf diese Weise greift an Abschnitten des Werkstücks jeweils nur ein Werkzeug und
greifen an anderen Abschnitten des Werkstücks beide Werkzeuge gleichzeitig an. Außerdem
greift an wiederum anderen Abschnitten des Werkstücks keines der Werkzeuge an, so
daß diese Abschnitte gereinigt und/oder gekühlt werden können.
[0012] Vorteilhaft laufen die Achsen der Werkzeuge um den Mittelpunkt des Werkstücks, insbesondere
kreisförmig um. Dabei ist bevorzugt der Winkelversatz der beiden Werkzeuge bei der
Umlaufbewegung der Werkzeuge um den Mittelpunkt des Werkstücks konstant. Auf diese
Weise werden optimale Bearbeitungsbedingungen, bei denen eine hohe Schnittleistung,
enge Toleranzen, optimale Oberflächengüte usw. erzielt werden, beibehalten.
[0013] Eine Ausführungsform sieht vor, daß die Achsen der Werkzeugspindeln mechanisch oder
elektronisch gekoppelt sind. Bei der elektronischen Kopplung besteht außerdem die
Möglichkeit, daß gezielt in den Verfahrensablauf eingegriffen werden kann, z.B. initiiert
durch In-Prozeß-Meßvorrichtungen. Außerdem können die Achsen der Orbitspindeln mechanisch
oder elektronisch miteinander gekoppelt sein.
[0014] Zur Einstellung des Kreuzschliffes und der Ebenheit bzw. sphärischen Geometrie, die
konkav oder konvex sein kann, weist die Achse der Werkzeugspindel zur Achse der Orbitspindel
einen einstellbaren, von 0° verschiedenen Winkel auf. Auf diese Weise können planparallele
Oberflächen bearbeitet werden bzw. kann das Werkstück mit planparallelen Stirnseiten
versehen werden oder am Werkstück können eine oder zwei konvex oder konkav gewölbte
Stirnflächen bearbeitet werden.
[0015] Zur Plan- oder Winkeleinstellung der Werkstückflächen können die Achsen der Orbitspindel
einen in der horizontalen und/oder vertikalen Ebene einstellbaren, von 0° verschiedenen
Winkel zueinander aufweisen.
[0016] Bevorzugt ist das Werkzeug eine Topfschleifscheibe oder ein Schleifring. Dies hat
den Vorteil, daß die am Werkstück angreifende Fläche des Werkzeugs einen im wesentlichen
konstanten Abstand zur Drehachse der Werkzeugspindel aufweist, gegenüber einer vollflächig
am Werkstück anliegenden Schleifscheibe.
[0017] Vorzugsweise laufen die Achse der ersten und/oder zweiten Orbitspindel durch den
Mittelpunkt des Werkstücks. Bei einer anderen Ausführungsform liegen die Orbitspindeln
koaxial zueinander und weisen einen Abstand zum Mittelpunkt des Werkstücks auf. Durch
diese Ausgestaltung sind weitere Variationen im Finishverfahren möglich. Eine zusätzliche
Variation wird dadurch erzielt, daß die Drehgeschwindigkeit wenigstens einer der Spindeln
variabel ist.
[0018] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung die erfindungsgemäße Vorrichtung
im einzelnen dargestellt ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und
in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich
oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- eine perspektivische Ansicht zweier Orbitspindeln mit Werkzeugspindeln, wobei zwischen
dem Werkzeug ein Werkstück eingespannt ist; und
- Figur 2
- eine Ansicht in Richtung des Pfeils II gemäß Figur 1 das Werkstück und die beiden
Werkzeuge zeigend.
[0019] In der Figur 1 sind von einer nicht näher dargestellten Superfinishmaschine zwei
Orbitspindeln 1 und 2 dargestellt. Diese Orbitspindeln 1 und 2 besitzen Achsen 3 und
4, um die sie drehbar sind. Der Antrieb der Orbitspindeln 1 und 2 ist nicht dargestellt
und befindet sich innerhalb der Gehäuse 5.
[0020] An den Orbitspindeln 1 und 2 sind Werkzeugspindeln 6 und 7 befestigt, deren Drehachsen
8 und 9 jeweils einen Abstand 10 und 27 zu den Achsen 3 und 4 der Orbitspindeln 1
und 2 aufweisen. Koaxial zu den Achsen 8 und 9 sind an den Werkzeugspindeln 6 und
7 Werkzeuge 11 und 12 befestigt. Die Spindeln 1 und 2 sowie 6 und 7 sowie die Werkzeuge
11 und 12 drehen sich in Richtung der durch die um die Achsen 3 und 4 sowie 8 und
9 gezeichneten teilkreisbogenförmigen Pfeile. Die Werkzeuge 11 und 12 sind als Topfschleifscheiben
13 und 14 ausgebildet.
[0021] Zwischen den ringförmigen Werkzeugflächen 15 und 16 befindet sich ein scheibenförmiges
Werkstück 17, welches von einem lediglich durch drei Pfeile 18 angedeuteten Werkstückhalter
an dessen Umfangsrand 19 ortsfest gehalten wird. Dieses Werkstück 17 besitzt parallele
Stirnflächen, die von den beiden Werkzeugen 11 und 12 planparallel bearbeitet werden.
Das Werkstück 17 kann jedoch auch mit einem oder mit zwei konkav oder konvex gewölbten
Stirnseiten versehen sein, die über die beiden Werkzeuge 11 und 12 bearbeitet werden.
[0022] Um eine planparallele Bearbeitung der beiden Stirnflächen des Werkstücks 17 zu gewährleisten,
sind die beiden Achsen 3 und 4 der Orbitspindeln 1 und 2 in der horizontalen Ebene
und in der vertikalen Ebene in Richtung der Pfeile 20 und 21 oder in deren Gegenrichtung
winkelmäßig verstellbar.
[0023] Um gewölbte Flächen am Werkstück 17 bearbeiten zu können bzw. um die Werkstücke auf
diese Flächen einstellen zu können, ist die Achse 8 der ersten Werkzeugspindel 6 zur
Achse 3 der ersten Orbitspindel 1 und entsprechend die Achse 9 der zweiten Werkzeugspindel
7 zur Achse 4 der zweiten Orbitspindel winkelmäßig einstellbar. Die Achsen 3 und 8
bzw. 4 und 9 können sich schneiden oder windschief zueinander verlaufen.
[0024] In der Figur 2 sind die beiden Werkzeuge 11 und 12 sowie das Werkstück 17 dargestellt.
Der Mittelpunkt des Werkstücks 17 ist mit 22 bezeichnet. Durch diesen Mittelpunkt
22 laufen auch die Achsen 3 und 4 der beiden Orbitspindeln 1 und 2. Mit 23 und 24
sind die beiden Mittelpunkte der Werkstücke 11 und 12 bezeichnet, wobei durch diese
Mittelpunkte 23 und 24 die Drehachsen 8 und 9 der Werkzeugspindeln 6 und 7 laufen.
[0025] Die Drehachsen 8 und 9 der Werkzeugspindeln 6 und 7 sowie der Werkzeuge 11 und 12
bewegen sich auf einer Umlaufbahn 25 bzw. auf einem kreisförmigen Orbit, der einen
Durchmesser 26 besitzt. Der Durchmesser 26 entspricht jeweils etwa dem zweifachen
Abstand 10 bzw. 27 der Achsen 3 und 8 der Spindeln 1 und 6 bzw. der Achsen 4 und 9
der Spindeln 2 und 7.
[0026] Außerdem ist in Figur 2 erkennbar, daß die beiden Drehachsen 8 und 9 winkelmäßig
um einen Winkel α von etwa 90° versetzt sind, wobei die Drehachse 9 der zweiten Werkzeugspindel
7 der Drehachse 8 der ersten Werkzeugspindel 6 vorauseilt.
[0027] Die Größe der Werkzeug 11 und 12 ist so gewählt, daß der Bereich, in dem beide Werkzeuge
11 und 12 gleichzeitig an beiden Stirnflächen des Werkstücks 17 angreifen, sich im
wesentlichen im Bereich des Mittelpunkts 22 befindet. Einseitige Belastungen, die
evtl. zu Verformungen führen könnten, werden auf diese Weise vermieden.
1. Vorrichtung zum beidseitigen Feinstbearbeiten oder Superfinishen von scheibenförmigen
Werkstücken (17) mit planen und/oder sphärischen Oberflächen, mit Mitteln (18) zum
Aufnehmen des Werkstücks (17) und mit
- einem ersten, in einer ersten Werkzeugspindel (6) drehbar aufgenommenen Werkzeug
(11) zum Bearbeiten der einen Oberfläche des Werkstücks (17), wobei die erste Werkzeugspindel
(6) in einer ersten Orbitspindel (1) drehbar aufgenommen ist und die Achse (8) der
ersten Werkzeugspindel (6) und die Achse (3) der ersten Orbitspindel (1) einen ersten
Abstand (10) zueinander aufweisen,
- einem zweiten, in einer zweiten Werkzeugspindel (7) drehbar aufgenommenen Werkzeug
(12) zum Bearbeiten der anderen Oberfläche des Werkstücks (17), wobei die zweite Werkzeugspindel
(7) in einer zweiten Orbitspindel (2) drehbar aufgenommen ist und die Achse (9) der
zweiten Werkzeugspindel (7) und die Achse (4) der zweiten Orbitspindel (2) einen zweiten
Abstand (27) zueinander aufweisen, und
- bei der Bearbeitung des Werkstücks (17) beide Orbitspindeln (1 und 2) und beide
Werkzeugspindeln (6 und 7) in Drehbewegung versetzt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (18) zum Aufnehmen
des Werkstücks (17) dieses an seinen Randflächen (19) aufnehmen.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mittel (18) zum Aufnehmen des Werkstücks (17) eine Dreipunkt- oder Dreilinienlagerung,
eine Spannzange o.dgl. ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über
die Mittel (18) zum Aufnehmen des Werkstücks (17) dieses gegen Drehbewegungen festgehalten
wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehrichtungen aller Spindeln (1 und 2, 6 und 7) gleich ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtungen
der ersten Werkzeugspindel (6) und/oder der ersten Orbitspindel (1) ungleich der Drehrichtungen
der zweiten Werkzeugspindel (7) und/oder der zweiten Orbitspindel (2) ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Werkzeug (11) und/oder das zweite Werkzeug (12), insbesondere hydraulisch, pneumatisch
oder über eine NC-Steuerung zustellbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achsen (8 und 9) der beiden Werkzeuge (11 und 12) um einen von 0° verschiedenen Winkel,
insbesondere um 90°, zueinander versetzt sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achsen (8 und 9) der Werkzeuge (11 und 12) um den Mittelpunkt (22) des Werkstücks
(17) umlaufen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbahn (25) kreisförmig
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9 oder 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelversatz
der beiden Werkzeuge (11 und 12) bei der Umlaufbewegung der Werkzeuge (11 und 12)
um den Mittelpunkt (22) des Werkstücks (17) konstant ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achsen (8 und 9) der Werkzeugspindeln (6 und 7) mechanisch oder elektronisch gekoppelt
sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achse (8 oder 9) der Werkzeugspindel (6 oder 7) zur Achse (3 oder 4) der Orbitspindel
(1 oder 2) einen einstellbaren, von 0° verschiedenen Winkel aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achsen (3 und 4) der Orbitspindeln (1 und 2) einen in der horizontalen und/oder vertikalen
Ebene einstellbaren, von 0° verschiedenen Winkel aufweisen.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Werkzeug (11, 12) eine Topfschleifscheibe (13, 14) oder ein Schleifring ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Achse (3 oder 4) der ersten und/oder zweiten Orbitspindel (1 oder 2) durch den Mittelpunkt
(22) des Werkstücks (17) laufen.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Orbitspindeln (1 und 2) koaxial zueinander liegen.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehgeschwindigkeit wenigstens einer der Spindeln (1, 2, 6 oder 7) variabel ist.