DE10160219B4

DE10160219B4 - Fräsmaschine

Info

Publication number: DE10160219B4
Application number: DE2001160219
Authority: DE
Inventors: Manfred Pottmann
Original assignee: Pfaff AQS GmbH Automatische Qualitaetskontrollsysteme
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2021-12-08
Also published as: DE10160219A1

Abstract

Fräsmaschine (1), insbesondere zum Planfräsen von Gussproben (4), mit einer Werkstückpositioniervorrichtung, die eine Niveauausgleichseinrichtung (2) zur Ausrichtung der Werkstückoberfläche, insbesondere der Probenoberfläche, parallel zur Bearbeitungsebene aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niveauausgleichseinrichtung (2) einen im Wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsebene verlagerbaren Andruckstempel (8) aufweist, der eine zur Bearbeitungsebene des Werkstücks parallele Andruckebene definiert, und mit einem oder mehreren verlagerbaren Stützelementen (7) zur rückwärtigen Abstützung des Werkstückes, insbesondere der Probe (4), ausgestattet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fräsmaschine, insbesondere zum Planfräsen von Gussproben, mit einer Werkstückpositioniervorrichtung, die eine Niveauausgleichseinrichtung zur Ausrichtung der Werkstückoberfläche, insbesondere der Probenoberfläche parallel zur Bearbeitungsebene aufweist.

Proben-Fräsmaschinen finden Anwendung bei der Vorbehandlung beispiels weise von Gussproben, an deren Oberfläche spektrometrische Untersuchungen durchgeführt werden sollen. Hierzu muss die Oberfläche der zu analysierenden Proben reproduzierbar Stück für Stück gleich abgetragen werden. Dazu sind u.a. Maschinen bekannt, mit denen der Oberflächenabtrag durch Anschleifen der Oberfläche mittels einer Topfschleifscheibe erfolgt. Dieser Prozess ist jedoch zu langsam. Insbesondere ergeben sich lange Bearbeitungszeiten, wenn eine dicke Schicht der Oberfläche abgetragen wird. Diese Situation kann auftreten, wenn beispielsweise eine Probe unbeabsichtigt in Schieflage in einer Spannvorrichtung der Fräsmaschine aufgenommen worden ist oder wenn beispielsweise eine Probe mit nicht parallel zueinander verlaufender Ober- und Unterseite auf einem Spanntisch abgelegt und darauf mit Spannbacken festgespannt wird. Im Übrigen können auch bei Proben mit paralleler Ober- und Unterseite Probleme auftreten, wenn diese von Probe zu Probe mit ungleichmäßiger Materialdicke für den Schleif- oder Fräsvorgang bereitgestellt werden. Hier ist es erforderlich, dass – zur Vermeidung eines ungleichmäßigen bzw. unerwünscht hohen Materialabtrags – jede einzelne Probe in der Spanneinrichtung mit ihrer Oberseite auf ein definiertes Bearbeitungsniveau eingestellt wird, so dass bei dem Werkzeug auf eine individuelle Einstellung der Bearbeitungstiefe von Probe zu Probe verzichtet werden kann. Umgekehrt könnte bei Proben mit paralleler Ober- und Unterseite auch auf die individuelle Einspannung verzichtet werden, wenn dafür das Werkzeug vor Beginn des Bearbeitungsvorganges individuell auf das jeweils erreichte unterschiedliche Probenniveau eingestellt wird. Diese Vorbe reitung ist jedoch jeweils langwierig und führt in Verbindung mit dem langsamen Oberflächenabtrag zu einer unbefriedigenden Vorbereitungsdauer der Proben. Es sind daher ebenfalls Maschinen zur Probenvorbereitung bekannt, bei denen der Oberflächenabtrag durch ein gegenüber dem Schleifvorgang zeitsparenderes Abfräsen der Oberfläche erfolgt. Des Weiteren sind gattungsgemäße Fräsmaschinen bekannt, die eine Niveauausgleichseinrichtung zur Ausrichtung der Probenoberfläche parallel zur Bearbeitungsebene aufweisen. Hierzu wird auf eine bekannte Proben-Fräsmaschine der Firma Herzog, Osnabrück, mit der Modellbezeichnung "Modell HPF" hingewiesen, die in Verbindung mit einer Spezial-Justier- und Spannvorrichtung eine automatische Ausrichtung der Probe nach dem Start der Maschine mit der Probenoberfläche parallel zum Fräser erlaubt.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Fräsmaschine gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden.

Zur Lösung der Aufgabe wird beim Gegenstand von Anspruch 1 darauf abgestellt, dass die Niveauausgleichseinrichtung einen im Wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsebene verlagerbaren Andruckstempel aufweist, der eine zur Bearbeitungsebene des Werkstückes parallele Andruckebene definiert, und dass die Niveauausgleichseinrichtung mit einem oder mehreren verlagerbaren Stützelemen ten zur rückwärtigen Abstützung das Werkstückes, insbesondere der Probe ausgestattet ist. Demgemäß kann eine Probe, die bspw. im Wesentlichen die Form einer Kreisscheibe aufweisen kann, vor dem Fräsvorgang auf einem oder mehreren Stützelementen zunächst grob ausgerichtet werden, um anschließend von der Niveauausgleichseinrichtung automatisch in eine für die Oberflächenbearbeitung günstige Position positioniert zu werden. Dazu kann der Andruckstempel mit einer eine parallele Andruckebene definierenden Andruckfläche gegen die zu bearbeitende Oberseite des Werkstücks verfahren werden, während dieses mit der gegenüberlie genden Unterseite von dem oder den Stützelementen rückwärtig abgestützt ist. Bei zahlreichen auftretenden Formen von Probenober- und -unterseiten wird bereits durch diese einfache Maßnahme eine Ausrichtung der Probe mit der zu bearbeitenden Oberfläche parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Andruckebene erreicht, die ihrerseits parallel zu der Bearbeitungsebene ausgerichtet ist. Dies ermöglicht es, auf eine gesonderte manuelle Ausrichtung zu verzichten, so dass die Probe nach der automatischen Ausrichtung sogleich mit einer Spanneinrichtung in der erreichten Lage festgespannt werden kann. Zu der bei der Ausrichtung erreichten Zeitersparnis tritt der Vorteil hinzu, dass auch der Fräsvorgang angesichts der zu der Bearbeitungsebene parallel ausgerichteten Probenoberfläche bei einem insgesamt sehr geringen Materialabtrag erfolgen kann. So ist bevorzugt an einen Materialabtrag von etwa 0,5 bis 1,0 mm, insbesondere von etwa 0,8 mm gedacht, der dann ausreichend ist, um eine für spektrometrische Untersuchungen geeignete Oberfläche der Probe zu erhalten. Durch die nur geringe erforderliche Frästiefe kann der Fräsvorgang selbst bspw. in nur einem einzigen Planzug eines mehrzahnigen Fräsers über die Probenoberfläche erfolgen, wodurch sich gegenüber größeren Frästiefen mit mehreren Durchgängen des Fräsers eine weitere Zeitersparnis erreichen lässt.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung besteht die Möglichkeit, dass eines oder mehrere Stützelemente entgegen einer Rückstellkraft verlagerbar sind. Die Verlagerung kann bevorzugt in Richtung der Verlagerungsrichtung des Andruckstempels möglich sein, so dass ein Werkstück mit einer Unterseite auf ein oder mehrere Stützelemente auflegbar und von dem auf einer Oberseite des Werkstückes aufsetzbaren Andruckstempel gegen die Rückstellkraft des oder der Stützelemente verlagerbar ist. Die Begriffe Probe und Werkstück werden dabei als gleichwertig verwendet. Die vorgenannte Weiterbildung ermöglicht über eine Ausrichtung der Probenoberfläche parallel zu der Bearbeitungsebene hinaus zusätzlich auch eine vorwählbare automatisierte Einstellung eines auf die Werkzeugeinstellung abgestimmten absoluten Niveaus der Probenoberflä che. Beispielsweise kann ein Stützelement zylinderstiftartig ausgebildet sein und gegen die Kraft eines Druckkolbens oder eines Federelements, bspw. einer Zylinder-Druckfeder, längsverschieblich gelagert sein. Alternativ oder kombinativ können drei zueinander im Wesentlichen parallel angeordnete Stützelemente vorgesehen sein, wobei die Schnittpunkte der Längsachsen der Stützelemente mit der Bearbeitungsebene des Werkstückes die Eckpunkte eines Dreiecks, insbesondere eines gleichseitigen Dreiecks, bezeichnen. Bei einer Anordnung von drei oder mehr parallelen Stützelementen besteht die Möglichkeit einer schemelartigen Abstützung des Werkstückes auf den Stützelementen. Bei der Ausrichtung des Werkstücks bzw. der Probe wird diese von dem Andruckstempel mit samt den Stützelementen verlagert, bspw. abgesenkt, bis das für den Fräsvorgang gewünschte Ausgangsniveau erhalten wird. In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Stützelemente voneinander unabhängig gegen jeweils eine Rückstellkraft verlagerbar sind. Dies erlaubt eine noch größere Formenvielfalt von Proben, die mit ihrer Bearbeitungsoberseite durch die Verlagerung des Andruckstempels automatisch parallel zu dieser ausrichtbar sind. Alternativ oder kombinativ kann zur Erreichung dieses Ziels auch eine gelenkige Halterung eines Stützelementes Vorteile bieten Gedacht ist beispielsweise an ein Stützelement, das gegen die Kraft eines Pneumatik- oder Hydraulikkolbens verlagerbar ist, wobei ein Stützende des Stützelements in einem Kugelgelenk schwenkbar ist.

An der erfindungsgemäßen Fräsmaschine kann des Weiteren eine Werkstückkühleinrichtung vorgesehen sein, die unabhängig von einem Stützelement entgegen der Rückstellkraft beispielsweise eines Druckkolbens oder einer Feder verlagerbar ist. Dies ermöglicht eine große räumliche Nähe der Werkstückkühleinrichtung zu dem Werkstück, bereits vor, während wie auch nach dem Ausrichten bei dem Fräsvorgang, ohne dass es zu einer Behinderung der Ausrichtung kommt. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass ein oder mehrere Stützelemente in einem Ausgangszustand vor Ablage einer Probe mit ihren Stützenden über einen Proben-Abstützbereich der Werkstückkühleinrichtung hinausragen. Alternativ oder kombinativ kann vorgesehen sein, dass die Rückstellkraft der Stützelemente größer als die Rückstellkraft der Werkstückkühleinrichtung (oder auch umgekehrt) ist. Davon ausgehend kann ein auf die Stützelemente aufgesetztes Werkstück von dem Andruckstempel mit den Stützelementen zunächst soweit verlagert werden, bis die gewünschte parallele Ausrichtung der Probenoberseite zur Bearbeitungsebene erhalten wird. Sodann kann unter Beibehaltung dieser Ausrichtung eine weitere oberflächenparallele Verlagerung bis zu einem Kontakt der Probenunterseite mit der Werkstückkühleinrichtung und darüber hinaus bis zum Erreichen des für den Fräsvorgang zweckmäßigsten absoluten Bezugsniveaus der Probenoberfläche erfolgen. Die Werkstückkühleinrichtung kann dabei ihrerseits entweder lediglich in eine Verlagerungsrichtung bewegbar und/oder verschwenkbar sein. Weiter besteht die Möglichkeit, dass die Werkstückkühleinrichtung eine der Anzahl von Stützelementen entsprechende Anzahl von Durchtritts- und/oder Randöffnungen aufweist, die von dem oder den Stützelementen durchlaufen werden. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Bauform, auf der auch sehr kleine Proben aufnehmbar sind. Zur Kühlung der Werkstückkühleinrichtung kann diese eine Zuleitung für ein Kühlmedium aufweisen mit einer einem auf die Stützelemente auflegbaren Werkstück zugewandten Austrittsöffnung. Als Kühlmittel kommt beispielsweise gekühlte Luft, die eine Temperatur von vorzugsweise minus 20 ° C aufweisen kann, in Betracht, die durch die Zuleitung durch die Werkstückkühleinrichtung und weiter aus der Austrittsöffnung gegen die Probe strömt. Das Kühlmedium führt dadurch bereits zu einer Probenkühlung, bevor diese in Kontakt mit der Kühleinrichtung kommt. Darüber hinaus wird auch die Kühleinrichtung selbst, insbesondere deren der Probe zugewandte Abstützfläche, von dem Kühlmedium gekühlt, so dass sich bei einem Kontakt mit der Probe eine zusätzliche Kühlwirkung ergibt. Insoweit ist bevorzugt an eine Ausgestaltung der Werkstückkühleinrichtung aus einem gut wärmeleitenden Material wie Metall, insbesondere Kupfer oder Messing, gedacht.

Um eine Probe in der ausgerichteten Lage für den Fräsvorgang zu fixieren, kann die erfindungsgemäße Fräsmaschine eine Probenspanneinrichtung mit einer Mehrzahl von Drehkeilen aufweisen. Bevorzugt, jedoch nicht notwendig, können drei Drehkeile vorgesehen sein, deren Drehachsen bezüglich einer dazu senkrechten Ebene ein gleichseitiges Dreieck bilden. Alternativ oder kombinativ kann sich eine Drehachse eines Drehkeils im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Stützelemente erstrecken. Zur Erzielung einer Klemmwirkung kann ein Drehkeil eine Umfangswandung aufweisen, die beginnend an einer Umfangsposition mit zu- oder abnehmendem Umfangswinkel einen zunehmenden Radialabstand von der Drehachse aufweist. Um eine gleichmäßige Verdrehung der Drehkeile bei zugleich platzsparender Ausgestaltung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass an den Drehkeilen unterseitig jeweils ein Planetenzahnrad angebracht ist und dass die Drehkeile mittels eines im Eingriff mit den Planetenzahnrädern stehenden Zahnkranzes verdrehbar sind. Des Weiteren kann ein Drehkeil an einer seitlich umlaufenden Mantelwand eine ebenfalls umlaufende Nut besitzen, die in einem Nutquerschnitt vorzugsweise im Wesentlichen U-förmig oder V-förmig ausgestaltet ist. Im Hinblick auf Proben, deren Umfangswandung in einem Querschnitt einen U-förmigen oder V-förmigen oder einen vergleichbaren Vorsprung aufweisen, ergeben sich dadurch zusätzliche Möglichkeiten bei der Ausrichtung. Eine zweckmäßige Ausgestaltung wird auch dadurch erreicht, dass die Drehkeile bezüglich einer Mittelachse des Werkstückes radial außerhalb der Stützelemente und der Werkstückkühleinrichtung angeordnet sind.

Hinsichtlich des Fräskopfes besteht die Möglichkeit, dass dieser stirnseitig angeordnete Fräswerkzeuge aufweist, insbesondere kann als Fräskopf ein sog. Messerkopf mit auswechselbaren Schneiden Verwendung finden. Der Fräskopf kann horizontal in eine X- und eine Y-Richtung und vertikal in eine Z-Richtung verfahrbar sein. Entsprechende Verfahrmöglichkeiten können auch für den Andruckstempel bestehen, wobei in beiden Fällen jeweils eine Führung durch sog. Linearführungen möglich ist. Zufolge dieser Merkmale kann der Andruckstempel, wenn die Probe in der gewünschten Ausrichtung von der Probenspanneinrichtung fixiert worden ist, von der Probe abgehoben und seitlich verfahren werden, so dass die Probenoberseite bzw. die Bearbeitungsfläche der Probe dem Fräskopf zugänglich ist. Zur Fräsbearbeitung wird der Fräskopf seinerseits in X- und Y-Richtung soweit verfahren, bis die gewünschte Ausgangsstellung innerhalb der Bearbeitungsebene erreicht worden ist. Darüber hinaus kann vor, während oder nach der seitlichen Verfahrbewegung auch eine vorgewählte Absenkung des Fräskopfes erfolgen, bei der sich in Verbindung mit dem ausgerichteten absoluten Niveau der Probenoberfläche in einem Planzug des Fräsers die gewünschte Stärke des Materialabtrags einstellt. Der Fräskopf kann seinerseits eine Fräserkühleinrichtung zur Kühlung des Schnitteingriffs mit dem Werkstück aufweisen, die mit dem Fräskopf synchron in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar ist. Die Fräserkühleinrichtung kann bspw. eine Zuleitung für ein Kühlmedium aufweisen, die im Bereich einer Austrittsöffnung an dem mit dem Fräskopf verfahrenen Maschinengehäuse befestigt ist, so dass das ausströmende Kühlmedium, bspw. auf minus 20 ° C gekühlte Luft, mit einem fokussierten Strahl auf den Eingriff des Fräsers in die Probe trifft.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Fräskopf stirnseitige Fluidaustrittsöffnungen aufweisen. Diese setzen sich in das Innere des Fräskopfes in Fluidkanäle fort, die in Verbindung mit einer Fluidzuleitung durch die Fräserachse bzw. den Fräserdorn stehen. Das Fluid kann über eine Dreheinführung in die Fluidzuleitung einleitbar sein und über die Fluidkanäle die Fluidaustrittsöffnungen an der Stirnseite des Fräskopfes erreichen, von wo es auf die Schnittfläche an dem Werkstück gelangt. Bei dem Fluid kann es sich bevorzugt um ein Inertgas, vorzugsweise um Argon, handeln, das eine Oxidation der frisch bearbeiteten Probenoberfläche verhindert. Insbesondere kann eine der Anzahl von Fräswerkzeugen an dem Fräskopf entsprechende Anzahl von Fluidaustrittsöffnungen vorgesehen sein. Alternativ oder kombinativ können die Fluidaustrittsöffnungen einzelnen Fräswerkzeugen hinsichtlich ihrer Umfangswinkellage an dem Fräskopf zugeordnet sein. Dies ermöglicht einen zielgerichteten Zustrom des Inertgases zu den jeweiligen Eingriffen des Fräskopfes in die Probe, von wo aus eine weitere Verteilung auf der Schnittfläche erfolgt.

Ein noch weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Fräsmaschine, insbesondere einer Gussproben-Planfräsmaschine, wobei das Werkstück mit einer Niveauausgleichseinrichtung positioniert wird. Ein derartiges Verfahren ist mit der eingangs beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Fräsmaschine durchführbar.

Ausgehend davon, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zu vereinfachen und zu verbessern.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zur Positionierung eine Andruckebene eines Andruckstempels gegen die Rückstellkraft eines oder mehrerer Stützelemente das Werkstück im Wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsrichtung in Position bringt, in welcher es mittels Klemmmitteln fixiert wird, wobei anschließend durch Verlagerung eines Fräskopfes in der Bearbeitungsebene eine dünne Oberflächenschicht abgetragen wird, deren Stärke durch den Verlagerungsweg des Andruckstempels definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind dadurch möglich, dass dazu eine erfindungsgemäße Fräsmaschine gemäß einem oder mehreren der vorstehend erläuterten Merkmale verwendet wird und/oder einzelne oder mehrere der in diesem Zusammenhang erläuteren Verfahrensschritte Anwendung finden.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fräsmaschine darstellen. Darin zeigt:
1 eine bereichsweise Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fräsmaschine,
2 eine Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform gemäß Linie II-II in 1,
3 einen Teilschnitt der bevorzugten Ausführungsform der Fräsmaschine entlang der Schnittlinie III-III in 2,
4 eine Schnittansicht durch die Dornaufnahme des Fräskopfes mit Fluidzufuhreinrichtung und Werkzeugkühleinrichtung und
5 eine demgegenüber vergrößerte Seitenansicht mit Teilschnitt des Fräskopfes in einer bevorzugten Ausführungsform.
1 zeigt in einer bereichsweisen Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fräsmaschine 1. Darin ist dargestellt eine Niveauausgleichseinrichtung 2 zur Ausrichtung einer Probenoberfläche 3 einer Probe 4 parallel zu einer Bearbeitungsebene eines Fräsers 5. Die Bearbeitungsebene des Fräsers 5 wird dabei durch die an der Stirnfläche 6 des Fräsers 5 angeordneten, in 1 nicht näher dargestellten Fräswerkzeuge definiert. In der gewählten Darstellung ist die Probe 4 auf drei Stützelementen 7 der Niveauausgleichseinrichtung 2 abgelegt und dabei zunächst nur grob ausgerichtet. Des Weiteren ist ein Andruckstempel 8 zu erkennen, der mit einer unterseitigen Andruckfläche 9 eine zu der Bearbeitungsebene des Werkstücks parallelen Andruckebene definiert. Der Andruckstempel 8 befindet sich in der Seitenansicht der 1 senkrecht zu der Zeichenebene auf Höhe der Probe 4, während der Fräser 5 dahinter liegt und daher gestrichelt dargestellt ist.
2 zeigt in einer Draufsicht gemäß der Blickrichtung II-II in 1 eine Draufsicht auf die Niveauausgleichseinrichtung 2, wobei die in 1 mit dargestellte Probe 4 in 2 zur Verdeutlichung abgenommen ist. Dadurch wird der Blick frei auf die drei mit Umfangswinkeln zueinander von 120 ° angeordneten Stützelemente 7 sowie eine Werkstückkühleinrichtung 10 mit Randausnehmungen 11, durch die die Stützelemente 7 hindurchlaufen. Weiter dargestellt sind ebenfalls drei Drehkeile 12, deren Drehachsen 13 parallel zur Längsrichtung der als Zylinderstifte ausgebildeten Stützelemente 7 verlaufen. Weiter dargestellt ist eine Zuleitung 14 der Werkstückkühleinrichtung 10, die in einem unteren Bereich der Niveauausgleichseinrichtung 2 in radialer Richtung verläuft. Über einen Anschluss 15 der Zuleitung 14 kann aus einem zeichnerisch nicht dargestellten Kühlaggregat ein Kühlmedium, bspw. minus 20 ° C kalte Luft, durch die Zuleitung 14 in die Werkstückkühleinrichtung 10 und von dort durch Mittenöffnungen 16 zur Probe 4 gelangen.
Wie sich in Verbindung mit 3, die eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III in 2 zeigt, ergibt, weisen die Drehkeile 12 an einem der Probe 4 abgewandten Bereich Planetenzahnräder 17 auf, die in Eingriff mit einem Zahnkranz 18 stehen. Eine Drehung des Zahnkranzes 18 bewirkt darüber eine synchrone Drehung der Drehkeile 12. Die Drehkeile 12 weisen eine umlaufende Mantelwand 19 auf, die zum Festspannen der Probe 4 dient und die dazu über einen Umfangswinkelbereich hinweg einen mit positivem Umfangswinkel zu nehmenden Radialabstand der Mantelwand von der Drehachse besitzen. Die Drehung des Zahnkranzes 18 bewirkt darüber eine synchrone Änderung, beim Festspannen eine Verringerung, des Abstandes der Mantelwand 19 zu der Mantelwand der Probe 4, bis die Probe 4 bei dreiseitiger Anlage an die Drehkeile festgespannt ist. In weiterer Ausgestaltung weist ein Drehkeil 12 an seiner umlaufenden Mantelwand 19 eine umlaufende Nut 20 auf. Die Nut ist in einem Querschnitt der Zeichenebene im Wesentlichen an den unteren vorspringenden Rand der im Querschnitt trapezförmigen Probe 4 angepasst.
Weiter ist dargestellt, dass bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Stützelemente 7 an einem der Probe 4 bzw. dem Stützende gegenüberliegenden Ende gemeinsam an einem Druckkolben 21 befestigt sind. Unterhalb des Druckkolbens 21 befindet sich eine Druckkammer 22, in diese ein Druckmedium bzw. ein Gas oder eine Hydraulikflüssigkeit über eine Zuleitung 25 unter Bildung eines Innendruckes einleitbar ist. Der Druckkolben 21 ist damit zusammen mit den Stützelementen 7 durch den auf die Probe 4 drückenden Andruckstempel 8 entgegen dieser Druckkraft nach unten verlagerbar. Vor Beginn der Verlagerung ist dabei zunächst eine Beabstandung der Probenunterseite von der Oberseite der Werkstückkühleinrichtung 10 vorgesehen, so dass das durch die Zuleitung 14 und an deren oberen Ende austretende Kühlmedium über die Probenunterseite die gesamte Probe 4 kühlen kann, um damit einer ungewollten Erwärmung bei dem nachfolgenden Fräsvorgang zu begegnen. Nach einem Verlagerungsweg, der einem Überstand der Stützenden der Stützelemente 7 über die Oberfläche der Werkstückkühleinrichtung 10 entspricht, kommt es zumindest bereichsweise zu einem Kontakt der Probenunterseite mit der Oberfläche der Werkstückkühleinrichtung 10, so dass auch während des folgenden Fräsvorganges über den gesamten Kontaktbereich hinweg ein Wärmeabfluss aus der Probe 4 in die gekühlte Werkstückkühleinrichtung 10 möglich ist. Bei einer noch weiteren Absenkung des Andruckstempels 8 erfolgt zusätzlich eine Verlagerung der Werkstückkühleinrichtung 10, die in dem gezeigten Beispiel unter seitig gegen Zylinderdruckfedern 23 abgestützt ist. Die Zylinderdruckfedern 23 sind dabei an den Stützelementen 7 geführt. Auf diese Weise ist eine Verlagerung bzw. Absenkung der Probe 4 bis auf das für den Fräskopf 5 erforderliche Bezugsniveau möglich. Nachdem durch die Verlagerung des Andruckstempels das gewünschte Bezugsniveau der Probe 4 bzw. der Oberfläche der Probe 4 erreicht worden ist, wird durch eine Verdrehung des Zahnkranzes 18 die Probe 4 von den Drehkeilen 12 zentriert und verspannt. Der Druckstempel 8 kann hierauf in Z-Richtung abgehoben und in X- und/oder Y-Richtung seitlich verfahren werden, so dass anschließend die festgespannte Probe 4 dem Fräskopf 5 zugänglich ist. Der Fräskopf 5 wird dazu aus der in 3 dargestellten Position in X- und/oder Y-Richtung seitlich verfahren, bis sich dieser an einer für den Fräsvorgang gewünschten Startposition an der Probe 4 befindet. In Z-Richtung, d.h. in der zu der Bearbeitungsebene senkrechten Richtung, wird der Fräser vor, während oder nach der seitlichen Verfahrbewegung bis auf eine voreingestellte Höhe verfahren, so dass sich in einem Planzug über die Probe 4 in einem einzigen Durchgang der gewünschte Abtrag der Oberfläche ergibt.
4 zeigt in einer Schnittansicht des den Fräsdorn lagernden Gehäuseeinheit eine Dreh- bzw. Antriebsachse des Fräsers 5, in derem Inneren sich in Längsrichtung eine Fluidzuleitung 24 erstreckt. An dem dem Fräser 5 entgegenliegenden Ende ist die Fluidzuleitung 24 mit einem Fluidspeicher verbunden, während sich die Fluidzuleitung 24 an dem dem Fräser 5 zugewandten Ende in einen korrespondierenden zentralen Fluidhohlraum 26 innerhalb des Fräsers fortsetzt. Von diesem zentralen Fluidhohlraum 26 erstrecken sich Bohrungen 27 in radialer Richtung, deren Enden Fluidaustrittsöffnungen 28 an der Stirnfläche 29 des Fräsers bilden. Dies ist in weiterer Einzelheit auch 5 zu entnehmen. Darin sind weiterhin Fräswerkzeuge 30 dargestellt, die entlang des unteren Randes des Fräskopfes 5 in dessen Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Aus der teilweise geschnittenen Ansicht in 5 geht hervor, dass dabei den einzelnen Fräswerkzeugen 30 in deren Umfangslage entsprechende Fluidaustrittsöffnungen 28 zugeordnet sind. Das austretende Fluid, bei dem es sich um Inertgas zur Verhinderung von Oberflächenoxidation handelt, wird dadurch nach dem Austritt gebündelt auf den Schneideneingriff des Fräswerkzeuges in der Probenoberfläche gerichtet. Daran anschließend findet eine Verteilung des Inertgases über die gesamte Oberfläche der Probe 4 statt.
Darüber hinaus zeigt 4 eine aus dem Stand der Technik bekannte Spann-Aufnahme 31 des Fräsers 5. An deren Außengehäuse 32 ist mittels einer Halterung 33 eine Zuleitung 34 einer zeichnerisch im Weiteren nicht dargestellten Werkzeugkühleinrichtung befestigt. Dadurch wird erreicht, dass das Austrittsende 35 der Werkzeugkühleinrichtung sich bei einer Verfahrbewegung des Fräsers 5 stets mit diesem synchron bewegt. Die Werkzeugkühleinrichtung kann mit einem gekühlten Gas, beispielsweise mit gekühlter Luft mit einer Temperatur von vorzugsweise minus 20° C betrieben werden, die der Zuleitung 34 aus einem nicht dargestellten Kühlaggregat zugeleitet wird.

Claims

Fräsmaschine (1), insbesondere zum Planfräsen von Gussproben (4), mit einer Werkstückpositioniervorrichtung, die eine Niveauausgleichseinrichtung (2) zur Ausrichtung der Werkstückoberfläche, insbesondere der Probenoberfläche, parallel zur Bearbeitungsebene aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Niveauausgleichseinrichtung (2) einen im Wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsebene verlagerbaren Andruckstempel (8) aufweist, der eine zur Bearbeitungsebene des Werkstücks parallele Andruckebene definiert, und mit einem oder mehreren verlagerbaren Stützelementen (7) zur rückwärtigen Abstützung des Werkstückes, insbesondere der Probe (4), ausgestattet ist.
Fräsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützelement (7) entgegen einer Rückstellkraft verlagerbar ist.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstück mit einer Unterseite auf ein oder mehrere Stützelemente (7) auflegbar und von dem auf einer Oberfläche des Werkstückes (4) aufsetzbaren Andruckstempel (8) gegen die Rückstellkraft des oder der Stützelemente (7) verlagerbar ist.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützelement (7) zylinderstiftartig ausgebildet ist und gegen die Kraft eines Druckkolbens (21) oder einer Feder längsverschieblich gelagert ist.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei zueinander im Wesentlichen parallel angeordnete Stützelemente (7) vorgesehen sind, wobei die Schnittpunkte ihrer Längsachsen mit der Bearbeitungsebene die Eckpunkte eines Dreiecks, insbesondere eines gleichseitigen Dreiecks, bezeichnen.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (7) voneinander unabhängig gegen jeweils eine Rückstellkraft verlagerbar sind.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkstückkühleinrichtung (10) vorgesehen ist, die unabhängig von einem Stützelement (7) entgegen der Rückstellkraft eines Druckkolbens oder einer Feder (23) verlagerbar ist.
Fräsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückkühleinrichtung (10) eine der Anzahl an Stützelementen (7) entsprechende Anzahl an Randausnehmungen (11) aufweist, die von dem oder den Stützelementen (7) durchlaufen werden.
Fräsmaschine nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückkühleinrichtung (10) eine Zuleitung (14) für ein Kühlmedium aufweist mit einer einem auf die Stützelemente (7) auflegbaren Werkstück zugewandten Austrittsöffnung.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Probenspanneinrichtung mit einer Mehrzahl von Drehkeilen (12) vorgesehen ist.
Fräsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Drehachse eines Drehkeils (12) im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Stützelemente (7) erstreckt.
Fräsmaschine nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den Drehkeilen (12) unterseitig jeweils ein Planetenzahnrad (17) angebracht ist und dass die Drehkeile (12) mittels eines im Eingriff mit den Planetenzahnrädern (17) stehenden Zahnkranzes (18) verdrehbar sind.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehkeil (12) an einer seitlich umlaufenden Mantelwand (19) eine umlaufende Nut (20) aufweist.
Fräsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (20) in einem Querschnitt im Wesentlichen U-förmig oder V-förmig gestaltet ist.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkeile (12) bezüglich einer Mittelachse des Werkstückes radial außerhalb der Stützelemente (7) und der Werkstückkühleinrichtung (10) angeordnet sind.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fräser (5) mit stirnseitig angeordneten Fräswerkzeugen vorgesehen ist, der horizontal in eine X- und in eine Y-Richtung und vertikal in eine Z-Richtung verfahrbar ist.
Fräsmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fräser (5) eine Fräserkühleinrichtung zur Kühlung des Schnitteingriffs zugeordnet ist, die mit dem Fräser (5) synchron in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar ist.
Fräsmaschine nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser (5) stirnseitig Fluidaustrittsöffnungen (28) aufweist.
Fräsmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Anzahl von Fräswerkzeugen (30) entsprechende Anzahl von Fluidaustrittsöffnungen (28) vorgesehen ist und/oder dass die Fluidaustrittsöffnungen (28) den Fräswerkzeugen (30) hinsichtlich der Umfangswinkellage an dem Fräskopf (5) zugeordnet sind.
Verfahren zum Betrieb einer Fräsmaschine (1), insbesondere einer Gussproben-Planfräsmaschine, wobei das Werkstück mit einer Niveauausgleichseinrichtung (2) positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Positionierung eine Andruckebene eines Andruckstempels (8) gegen die Rückstellkraft einer oder mehrerer Stützelemente (7) das Werkstück im Wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsrichtung in Position bringt, in welcher es mittels Klemmmitteln fixiert wird, wobei anschließend durch Verlagerung eines Fräskopfes (5) in der Bearbeitungsebene eine dünne Oberflächenschicht abgetragen wird, deren Stärke durch den Verlagerungsweg des Andruckstempels (8) definiert ist.