[0001] Die Erfindung betrifft eine Finishmaschine mit mindestens zwei Finishsteinen, wobei
die Finishsteine auf einer Steinwendeeinheit befestigt sind und wobei die Steinwendeeinheit
einen der Finishsteine so positioniert, dass er in Eingriff mit dem zu bearbeitenden
Werkstück bringbar ist.
[0002] Finishmaschinen mit mehreren Finishsteinen werden dann eingesetzt, wenn die Finishbearbeitung
nicht in einem Bearbeitungsschritt vollzogen werden kann, sondern wenn zunächst ein
Vorfinishen mit einem ersten Finishstein stattfindet und eine noch feinere Oberflächenbearbeitung
mit einem zweiten Finishstein erfolgt. Erforderlichenfalls können noch weitere Finishsteine
vorgesehen sein.
[0003] Bei diesen Anwendungen ist es bekannt, die Finishsteine auf einer Steinwendeeinheit
zu befestigen und nacheinander bei der Bearbeitung eines Werkstücks einzusetzen. Dazu
ist ein Antrieb Steinwendeinheit erforderlich, der dazu dient, den jeweils zur Bearbeitung
benötigten Finishstein in die dafür erforderliche Position zu bringen. Bei den am
Markt befindlichen Finishmaschinen werden an der Steinwendeeinheit Antriebseinrichtungen
angebracht. Nachteilig an diesem Konzept ist, dass diese Antriebseinrichtung Masse
und Bauraumbedarf der Steinwendeeinheit erhöhen. Die Vergrößerung der Masse wiegt
umso schwerer als die Steinwendeeinheit während der Bearbeitung des Werkstücks ebenso
wie der in Eingriff mit dem Werkstück befindliche Finishstein eine oszillierende Bewegung
ausführen muss.
[0004] Dies schlägt in durch einen erhöhten Antriebsleistungsbedarf, aber auch in der Notwendigkeit
einer verstärkten Führung und Lagerung der oszillierenden Steinwendeeinheit negativ
zu Buche.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Finishmaschine mit einer Steinwendeeinheit
bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet
und somit einen kompakteren Aufbau bei gleichzeitig reduzierten oszillierenden Massen
und geringerem Antriebsleistungsbedarf ermöglicht.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Finishmaschine mit mindestens zwei Finishsteinen,
wobei die Finishsteine auf einer Steinwendeeinheit befestigt sind und wobei die Steinwendeeinheit
einen der Finishsteine so positioniert, dass er in Eingriff mit dem zu bearbeitenden
Werkstück bringbar ist, wobei das oder die zu bearbeitenden Werkstücke auf einer Werkstückaufnahme
gespannt sind und wobei die Werkstückaufnahme von einem steuerbaren Drehantrieb antreibbar
ist, dadurch gelöst, dass die Steinwendeeinheit mit dem Drehantrieb der Werkstückaufnahme
koppelbar ist.
[0007] Durch die erfindungsgemäß beanspruchte Möglichkeit, bei Bedarf die Steinwendeeinheit
mit dem Drehantrieb der Werkstückaufnahme zu koppeln, kann der ohnehin vorhandene
Drehantrieb der Werkstückaufnahme eine zusätzliche Funktion übernahmen. Diese Funktion
besteht darin, die Steinwendeeinheit bei Bedarf so weit zu verdrehen, dass der jeweils
gewünschte Finishstein in die Bearbeitungsposition gebracht wird. Da das Auswechseln
der Finishsteine durch Drehen der Steinwendeeinheit, nur dann erfolgt, wenn das Werkstück
gerade nicht bearbeitet wird, ist der Drehantrieb ohnehin in diesem Zeitintervall
nicht ausgelastet und kann die erfindungsgemäße neue Funktion ohne Beeinträchtigungen
der Leistungsfähigkeit bei der Bearbeitung des Werkstücks übernehmen.
[0008] Ein weiterer sehr wichtiger Vorteil ist darin zu sehen, dass die Steinwendeeinheit
keinen separaten Antrieb mehr benötigt und daher klein und sehr leicht baut. Der erfindungsgemäß
zum Antrieb der Steinwendeeinheit eingesetzte Drehantrieb muss nicht die oszillierende
Bewegung des Finishsteins und der Steinwendeeinheit mitmachen, so dass die erfindungsgemäße
Steinwendeeinheit erheblich leichter baut und damit auch nur geringere Massenkräfte
verursacht, wenn sie während der Bearbeitung in eine oszillierende Bewegung versetzt
wird. Dadurch wird auch Antriebsleistung eingespart, was sich erheblich auf die Einsatzbereiche
und die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Finishmaschine auswirkt.
[0009] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Steinwendeeinheit drehbar
gelagert und umfasst eine steuerbare Klemmeinrichtung. Dadurch ist es möglich, bei
gelöster Klemmeinrichtung zu Zeiten, in denen kein Werkstück bearbeitet wird, den
Drehantrieb der Werkstückaufnahme mit der Steinwendeeinheit zu koppeln und durch geeignete
Ansteuerung des Drehantriebs der Werkstückaufnahme die Steinwendeeinheit so weit zu
drehen, dass der gewünschte Finishstein in eine Bearbeitungsposition gelangt.
[0010] Anschließend wird die Steinwendeeinheit wieder geklemmt, indem die steuerbare Klemmeinrichtung
entsprechend angesteuert wird, so dass während der Bearbeitung des Werkstücks die
Steinwendeeinheit sich nicht verdrehen kann und somit der gewünschte Finishstein im
Eingriff mit dem zu bearbeitenden Werkstück bleibt.
[0011] Eine erste erfindungsgemäße schaltbaren und steuerbaren Kopplung zwischen Drehantrieb
der Werkstückaufnahme und der Steinwendeeinheit sieht vor, dass der Drehantrieb ein
erstes Zahnrad, bevorzugt ein erstes Stirnrad umfasst, dass die Steinwendeeinheit
ein zweites Zahnrad, bevorzugt ein zweites Stirnrad, umfasst, und dass die Kopplung
von Drehantrieb und Steinwendeeinheit dadurch erfolgt, dass erstes Zahnrad und zweites
Zahnrad in Eingriff miteinander gebracht werden.
[0012] Durch diese erfindungsgemäße starre Kopplung kann der Drehwinkel, um den die Steinwendeeinheit
gedreht wird, direkt über eine Winkelerfassung des Drehantriebs der Werkstückaufnahme
beziehungsweise der Werkstückaufnahme ermittelt werden. Somit kann auch ein Drehwinkelsensor
der Werkstückaufnahme für die Positionierung der Steinwendeeinheit herangezogen werden.
Alternativ ist es natürlich auch möglich, in der Steinwendeeinheit einen gesonderten
Drehwinkelsensor vorzusehen, so dass die Position der Steinwendeeinheit unabhängig
von dem Ausgangssignal eines Drehwinkelsensors des Drehantriebs der Werkstückaufnahme
bestimmbar ist.
[0013] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können der Drehantrieb und
die Steinwendeeinheit mittels einer Klauenkupplung miteinander gekoppelt werden.
[0014] Selbstverständlich ist es auch möglich, einen Reibradantrieb, das heißt eine kraftschlüssige
Kopplung zwischen Drehantrieb und Steinwendeeinheit bei Bedarf herzustellen. Dies
kann auf einfache Weise beispielsweise mit einem gummibeschichteten Laufring am Drehantrieb
erfolgen, der sich gegen eine entsprechende zylindrische Oberfläche der Steinwendeeinheit
gedrückt wird.
[0015] Wenn die Steinwendeeinheit einen gesonderten Drehwinkelsensor hat, dann ist eine
starre Kopplung zwischen Drehantrieb und Steinwendeeinheit nicht erforderlich. Auftretender
Schlupf zwischen Drehantrieb und Steinwendeeinheit ist dann ohne Belang, da die Ansteuerung
des Drehantriebs der Werkstückaufnahme erst dann unterbrochen wird, wenn die Steinwendeeinheit
die gewünschte Position erreicht hat. Diese Position wird über den eigenen Drehwinkelsensor
der Steinwendeeinheit eindeutig und mit ausreichend hoher Genauigkeit erfasst.
[0016] Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Wechseln
eines mit einem bearbeitenden Werkstücks in Eingriff bringbaren Finishstein, einer
Finishmaschine, wobei mindestens zwei Finishsteine auf einer Steinwendeeinheit befestigt
sind, wobei das oder die zu bearbeitenden Werkstücke auf einer Werkstückaufnahme gespannt
sind und wobei die Werkstückaufnahme von einem steuerbaren Drehantrieb antreibbar
ist, und wobei die Steinwendeeinheit mit dem Drehantrieb der Werkstückaufnahme koppelbar
ist, durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
[0017] Koppeln von Steinwendeeinheit und Drehantrieb, Ansteuern des Drehantriebs der Werkstückaufnahme,
so dass ein zweiter Finishstein die Position eines ersten Finishsteins einnimmt.
[0018] Diesem Verfahren liegen die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Finishmaschine
beschriebenen Vorteile zugrunde, so dass, um Wiederholungen zu vermeiden, auf das
zuvor Gesagte verwiesen wird.
[0019] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die
Bearbeitung des oder der auf der Werkstückaufnahme gespannten Werkstücke unterbrochen,
während die Steinwendeeinheit mit dem Drehantrieb gekoppelt ist.
[0020] Dadurch können die Finishsteine ohne das Werkstück zu berühren, in die gewünschte
Position bewegt werden.
[0021] Um zu vermeiden, dass während der Bearbeitung des Werkstücks sich die Steinwendeeinheit
relativ zum Werkstück verdreht, wird die Steinwendeeinheit während der Bearbeitung
des oder der Werkstücke fixiert beziehungsweise geklemmt.
[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach in eine bereits vorhandene numerische
Steuerung der Werkzeugmaschine integrierbar und kann auch mehr als zwei Finishsteine
umfassen. Wenn nämlich die Finishbearbeitung in drei Schritten erfolgt, kann nacheinander
ein erster Finishstein, ein zweiter Finishstein und für die Endbearbeitung ein dritter
Finishstein in Eingriff mit dem zu bearbeitenden Werkstück gebracht werden, wobei
jeweils das o. g. erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt.
[0023] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden
Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung,
deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
[0024] In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Finishmaschine in einer Seitenansicht
und in einer Ansicht von oben und
- Figur 2
- ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Finishmaschine.
[0025] In der Figur 1a ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Finishmaschine
schematisch und auf das Wesentliche reduziert in einer Seitenansicht dargestellt.
Die Finishmaschine umfasst eine Werkstückaufnahme 1, auf der ein Werkstück 3 gespannt
ist. Beispielhaft ist das Werkstück 3 als zylindrischer Ring ausgebildet, dessen äußere
Mantelfläche durch Superfinishen feinbearbeitet werden.
[0026] Die Werkstückaufnahme 1 ist mit einem Drehantrieb 5 gekoppelt, der eine Drehung der
Werkstückaufnahme 1 und des darauf gespannten Werkstücks 3 um eine Drehachse 7 ermöglicht.
Der Drehantrieb 5 ist über elektrische Leitungen mit einem Steuergerät (nicht dargestellt)
der Finishmaschine gekoppelt und wird den Erfordernissen der Finishbearbeitung entsprechend
angesteuert. In den Drehantrieb 5 ist ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor integriert,
der in die Steuerung der Finishmaschine eingebunden ist.
[0027] An dem in Figur 1a unteren Ende der Werkstückaufnahme 1 ist ein erstes Zahnrad in
Form eines Stirnrads 9 drehfest mit der Werkstückaufnahme 1 verbunden. Dies bedeutet,
dass das erste Stirnrad 9 die Drehbewegung der Werkstückaufnahme 1 beziehungsweise
des Drehantriebs 5 mitmacht. Auf der in Figur 1a rechten Seite des Werkstücks 3 ist
eine Steinwendeeinheit 11 dargestellt. Die Steinwendeeinheit 11 ist drehbar in Lagern
13 gelagert. Die Lager 13 können beispielsweise als Rillenkugellager oder Kegelrollenlager
ausgebildet sein können.
[0028] Des Weiteren weist die Steinwendeeinheit 11 eine steuerbare Klemmeinrichtung auf,
die in Figur 1a nicht dargestellt ist. Diese Klemmeinrichtung kann beispielsweise
in Form einer Backenbremse als kraftschlüssige Klemmeinrichtung oder als formschlüssige
Klemmeinrichtung mit Hilfe eines radial ein- und ausfahrbaren Arretierstifts ausgebildet
sein, der in entsprechenden Nuten beziehungsweise Vertiefungen (nicht dargestellt)
der Achse 15 der Steinwendeeinheit 11 einfahrbar ist. Unterhalb der Lager 13 sind
an der Steinwendeeinheit 11 ein erster Finishstein 17 und ein zweiter Finishstein
19 angeordnet. Die Anordnung der Finishsteine 17 und 19 ist aus der Draufsicht gemäß
Figur 1b) besser zu erkennen.
[0029] Aus der Draufsicht gemäß Figur 1b) wird deutlich, dass der zweite Finishstein 19
in Eingriff mit dem Werkstück 3 bringbar ist, wenn die Steinwendeeinheit 11 um 180°
gedreht wird.
[0030] Zu diesem Zweck ist am in Figur 1a unteren Ende der Steinwendeeinheit 11 ein zweites
Zahnrad angeordnet, welches als Stirnrad 21 ausgebildet ist. Die Teilkreisdurchmesser
des ersten Zahnrads 9 und des zweiten Zahnrads 21 sowie der Abstand zwischen der Drehachse
7 des Drehantriebs 1 und der Drehachse 23 der Steinwendeeinheit 11 sind so aufeinander
abgestimmt, dass das erste Zahnrad 9 und das zweite Zahnrad 21 miteinander in Eingriff
gelangen, wenn die Steinwendeeinheit 11 in Richtung der Y-Achse abgesenkt wird, bis
sich das erste Zahnrad 9 und das zweite Zahnrad 21 auf gleicher Höhe befinden. Durch
die Verschiebung bzw. Bewegung der Steinwendeeinheit 11 in Richtung der negativen
Y-Achse relativ zum Drehantrieb 1 und zum Werkstück 3 ist auch gewährleistet, dass
die Finishsteine 17 und 19 sich nicht im Eingriff mit der zu bearbeitenden Oberfläche
des Werkstücks 3 befinden, wenn die Zahnräder 9 und 21 im Eingriff sind.
[0031] Wenn die Zahnräder 9 und 21 im Eingriff sind, wird erfindungsgemäß der Drehantrieb
5 so angesteuert, dass die Steinwendeeinheit 11 bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
um 180° gedreht wird, so dass der erste Finishstein 17 und der zweite Finishstein
19 ihre Position relativ zum Werkstück 3 tauschen. Anschließend wird die Steinwendeeinheit
wieder mit der nicht dargestellten Klemmeinrichtung arretiert und in Richtung der
positiven Y-Achse in Figur 1a nach oben in Richtung der Y-Achse verfahren, bis der
zweite Finishstein 19 in Eingriff mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks
3 bringbar ist.
[0032] Das Anfahren des zweiten Finishsteins 19 an das Werkstück 3 erfolgt dann in herkömmlicher
Weise durch eine entsprechende Bewegung der Steinwendeeinheit in Richtung der negativen
X-Achse.
[0033] Schon aus der Darstellung gemäß der Figuren 1a) und 1b) wird deutlich, dass die erfindungsgemäße
Steinwendeeinheit 11 sehr einfach, platzsparend und leicht aufgebaut sein kann. Dies
ist insbesondere deshalb von besonderem Vorteil, da die Steinwendeeinheit 11 beziehungsweise
der in Eingriff mit dem Werkstück 3 befindliche Finishstein 17 oder 19 bei der Bearbeitung
des Werkstücks 3 eine oszillierende Bewegung in Richtung der Y-Achse ausführen muss,
um das für das Superfinishen charakteristische Schliffbild zu erzeugen.
[0034] Je leichter die Steinwendeeinheit ist, desto geringer sind die Kräfte, die benötigt
werden, um die Steinwendeeinheit 11 in die gewünschte oszillierende Bewegung zu versetzen.
Gleichzeitig werden die Massenkräfte reduziert, was sich ebenfalls positiv auf die
Bearbeitungsqualität des Werkstücks 3 auswirkt.
[0035] Es versteht sich von selbst, dass anstelle der in Figur 1 beschriebenen formschlüssigen
Kopplung zwischen Drehantrieb 5 und Steinwendeeinheit 11 auch eine kraftschlüssige
Kopplung beispielsweise über ein gummiertes Reibrad (nicht dargestellt) möglich ist.
In aller Regel wird an dem Schaft 15 der Steinwendeeinheit 11 ein Drehwinkelsensor
vorgesehen, so dass unabhängig vom Schlupf zwischen dem Reibrad des Drehantriebs 5
und der Steinwendeeinheit 11 die genaue Position der Steinwendeeinheit beziehungsweise
der Finishsteine 17 und 19 von der Maschinensteuerung erkannt werden kann.
[0036] In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Finishsteine
dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Steinwendeeinheit im Inneren des
zylindrischen Werkstücks 3 angeordnet und wird so relativ zum Drehantrieb 5 positioniert,
dass die Drehachse 7 des Drehantriebs 5 und die Drehachse 20 der Steinwendeeinheit
koaxial zueinander verlaufen. Dann wird die Steinwendeeinheit in Richtung der negativen
Y-Achse so weit nach unten in Richtung des Drehantriebs beziehungsweise der Werkstückaufnahme
1 abgesenkt, bis eine formschlüssige Verbindung zwischen Drehantrieb 5 beziehungsweise
Werkstückaufnahme 1 und der Steinwendeeinheit 11 hergestellt ist. In dem in Figur
2a) und b) dargestellten Ausführungsbeispiel ist dazu in der Werkstückaufnahme 1 ein
radial angeordneter Vorsprung 23 vorgesehen, der mit einer entsprechend geformten
Nut 25 am unteren Ende der Steinwendeeinheit 11 in der Art einer Klauenkupplung zusammenwirkt.
Selbstverständlich ist es auch hier möglich, anstelle einer formschlüssigen Kopplung
von Steinwendeeinheit 11 und Drehantrieb 5 eine kraftschlüssige Kopplung mit Hilfe
einer Reibfläche herzustellen.
[0037] Nach erfolgter Verdrehung der Steinwendeeinheit 11 wird diese wieder in Richtung
der positiven Y-Achse nach oben angehoben, so dass die Kopplung zwischen Drehantrieb
5 beziehungsweise Werkstückaufnahme 1 einerseits und Steinwendeeinheit 11 aufgehoben
wird. Anschließend wird einer der beiden Finishsteine 17, 19 gegen die in Eingriff
mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 3 gebracht. Nach Aufheben der Kopplung
von Drehantrieb 5 und Steinwendeeinheit wird die Steinwendeeinheit wieder geklemmt
beziehungsweise arretiert. Anschließend wird der gewünschte Finishstein 17 oder 19
in Eingriff mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 3 gebracht.
1. Finishmaschine mit mindestens zwei Finishsteinen (17, 19), wobei die Finishsteine
(17, 19) auf einer Steinwendeeinheit (11) befestigt sind, und wobei die Steinwendeeinheit
(11) einen der Finishsteine (17, 19) so positioniert, dass er in Eingriff mit dem
zu bearbeitenden Werkstück (3) bringbar ist, wobei das oder die zu bearbeitenden Werkstücke
(3) auf einer Werkstückaufnahme (1) gespannt sind, und wobei die Werkstückaufnahme
(1) von einen steuerbaren Drehantrieb (5) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinwendeeinheit (11) mit dem Drehantrieb (5) der Werkstückaufnahme (1) koppelbar
ist.
2. Finishmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinwendeeinheit (11) drehbar gelagert (13) ist.
3. Finishmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinwendeeinheit (11) eine lösbare Klemmeinrichtung umfasst.
4. Finishmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (5) ein erstes Zahnrad, bevorzugt ein erstes Stirnrad (9), umfasst,
dass die Steinwendeeinheit (11) ein zweites Zahnrad, bevorzugt ein zweites Stirnrad
(21), umfasst, und dass die Kopplung von Drehantrieb (5) und Steinwendeeinheit (11)
dadurch erfolgt, dass erstes Zahnrad (9) und zweites Zahnrad (21) in Eingriff miteinander
gebracht werden.
5. Finishmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (5) und die Steinwendeeinheit (11) mittels einer Klauenkupplung (23,
25) miteinander koppelbar sind.
6. Verfahren zum Wechseln eines mit einem zu bearbeitenden Werkstück (3) in Eingriff
bringbaren Finishsteins (17, 19) einer Finishmaschine, wobei mindestens zwei Finishsteine
(17, 19) auf einer Steinwendeeinheit (11) befestigt sind, wobei das oder die zu bearbeitenden
Werkstücke (3) auf einer Werkstückaufnahme (3) gespannt sind, und wobei die Werkstückaufnahme
(3) von einen steuerbaren Drehantrieb (5) antreibbar ist, und wobei die Steinwendeeinheit
(11) mit dem Drehantrieb (5) der Werkstückaufnahme (1) koppelbar ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
Koppeln von Steinwendeeinheit (11) und Drehantrieb (5),
Ansteuern des Drehantriebs (5), so dass ein zweiter Finishstein (19) die Position
eines ersten Finishsteins (17) einnimmt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des oder der auf der Werkzeugaufnahme (1) gespannten Werkstücke (3)
unterbrochen wird, während die Steinwendeeinheit (11) mit dem Drehantrieb (5) gekoppelt
ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steinwendeeinheit (11) während der Bearbeitung des oder der auf der Werkzeugaufnahme
(1) gespannten Werkstücke (3) fixiert und/oder geklemmt ist.