DE102005015649B4

DE102005015649B4 - Verfahren zum Drehen und Feinstbearbeiten eines Werkstückes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102005015649B4
Application number: DE200510015649
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Walz; Ulrich Dr. Walter
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: DE102005015649A1

Abstract

Verfahren zum Drehen und Feinstbearbeiten eines Werkstücks (8), insbesondere einer Bremsscheibe, mit einem Werkstückträger (6), der an einem Kreuzschlitten (5) beweglich geführt ist, mit einer Feinstbearbeitungsvorrichtung (3),
wobei der Werkstückträger (6) das Werkstück (8) von einer Fördereinrichtung (7) entnimmt, zur Drehbearbeitung einspannt, wobei die Geometrie des Werkstückes (8) maß- und formhaltig gedreht wird und das Werkstück (8) nach erfolgter Bearbeitung wieder auf die Fördereinrichtung (7) abgelegt wird,
wobei die Feinstbearbeitung durch Honen erfolgt und
wobei Drehbearbeitung und Honen in der gleichen Aufspannung erfolgen,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erzielung einer die gewünschte Oberflächenqualität erzeugenden Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) das Werkstück (8) in Rotation versetzt und entweder eine oszillierende Bewegung des Kreuzschlittens (5) entlang der Führungsbahnen (9) überlagert wird oder zur Bearbeitung ebener Werkstückflächen eine Rotationsbewegung des Honwerkzeugs überlagert wird und die Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) gleichzeitig auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (8) in Eingriff...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Drehen und Feinstbearbeiten eines Werkstückes mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und 2 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 3.

Insbesondere die im Automobilbau verwendeten Bauteile erfordern sehr enge Fertigungstoleranzen. Diese werden hauptsächlich durch Feinbearbeiten erzielt. Zur Erreichung bestimmter Oberflächenqualitäten werden die Werkstücke häufig einer Feinstbearbeitung unterzogen.

Feinbearbeiten und Feinstbearbeitung sind Arbeitsgänge, die auf zwei eigens dafür ausgelegten Werkzeugmaschinen erfolgen. Neben dem beträchtlichen Investitionsaufwand für die unterschiedlichen Werkzeugmaschinen ist ein bestimmter Aufwand für den Transport der Werkstücke zwischen den Maschinen erforderlich. Daraus resultieren höhere Durchlaufzeiten für die Werkstücke. Bei der erneuten Aufspannung in der Werkzeugmaschine für die Feinstbearbeitung können Fehler auftreten, die sich für die geforderten Fertigungstoleranzen als Nachteil erweisen.

Aus der DE 100 02 053 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fertigung komplexer Werkstücke bekannt. Eine multifunktionale Werkzeugmaschine ist mit einer schwenkbaren, nach dem Pick-up-Prinzip arbeitenden, Arbeitsspindel ausgerüstet. Als Bearbeitungseinrichtungen werden Werkzeugträger zur Aufnahme von Dreh-, Bohr- oder Fräswerkzeugen, sowie eine Schleif- und Bürsteinrichtung genannt. Außerdem können mehrteilige Werkstücke gefügt und lasergeschweißt oder gehärtet werden. Die DE 199 04 859 A1 zeigt eine Drehmaschine mit zwei Werkstückspindeln, deren Achsen in eine Flucht gebracht werden können. Dadurch ist es möglich die Werkstücke von einer Spindel zur anderen zu übergeben und die Handhabungsvorgänge können einander zeitlich überlappen. Die DE 44 32 514 A1 betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung zylindrischer gehärteter Werkstücke, wobei unmittelbar nach dem Hartdrehen eine Honbearbeitung auf Fertigmaß, bzw. Fertigrauhigkeit erfolgt. Eine Prozessmesssteuereinrichtung erfasst den Materialabtrag und die Oberflächengüte. Überraschenderweise sind hohe Genauigkeiten erreichbar, so dass der bis dahin übliche Fertigungsschritt des Grobschleifens entfallen kann. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der DE 195 46 863 A1 bekannt. Dabei werden ca. 70 bis 90 % des Aufmaßes am Werkstück durch Hartdrehen und nur der Rest von 30 bis 10 % durch Schleifen abgetragen. Bei der Innenbearbeitung von Bohrungen wird an Stelle eines Schleifwerkzeugs ein Drehwerkzeug eingesetzt. Zur Durchführung des Verfahrens sind Schleifmaschinen mit Mehrspindelkopf geeignet, wenn dieser gegenüber dem Spindelkopf fluchtend ausgerichtet werden kann. Die EP 0 726 119 A1 zeigt eine Mehrspindelwerkzeugmaschine, bei der die hängenden Werkstückspindeln über ein Drehgestell zu unterschiedlichen Bearbeitungspositionen getaktet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, womit die Werkstücke maß- und formhaltig bearbeitet, mit der erforderlichen Oberflächengüte versehen und die Fertigungszeit und damit die Werkstückkosten erheblich verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und 2 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 3 gelöst.

Bei dem Verfahren zum Bearbeiten des Werkstücks wird dieses von einem Werkstückträger aus einer Fördereinrichtung entnommen, zur Drehbearbeitung eingespannt und maß- und formhaltig gedreht. Ferner ist eine Feinstbearbeitungsvorrichtung vorgesehen. Die Feinstbearbeitung kann durch Honen, Läppen oder Rollieren erfolgen. Beim Honen werden Honwerkzeug und Werkstück in einer ersten Bewegungsrichtung relativ zueinander bewegt. Gleichzeitig wird eine schwingende Bewegung ausgeführt, meist orthogonal zur ersten Bewegungsrichtung. Es ist auch möglich, die erste Bewegung durch eine Rotationsbewegung des Honwerkzeugs zu überlagern. Beim Läppen werden die Läppkörner in einem Transportmittel zischen die Oberflächen von Werkzeug und Werkstück gebracht. Läppwerkzeug und Werkstück werden so gegeneinander bewegt, dass sich keine bevorzugte Bearbeitungsrichtung ausbilden kann. Jedes Flächenelement der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche wird durch sich beliebig kreuzende Bearbeitungsspuren geglättet. Beim Rollieren wird unter dem Anpressdruck von gehärteten Wälzkörpern (Rollen, Kugeln) das Rauhigkeitsprofil der zuvor spanend bearbeiteten Werkstückoberfläche geglättet. Die dabei zwischen Walzen und Werkstoff auftretende Flächenpressung erzeugt im Werkstoff dreidimensionale Druckspannungen, welche eine örtliche plastische Verformung bewirken.

Vorteilhaft erfolgen Dreh- und Feinstbearbeitung in der gleichen Aufspannung. Nach erfolgter Bearbeitung wird das Werkstück wieder auf die Fördereinrichtung abgelegt.

Bei einer weiteren Ausführung sind zwei Werkstückträger vorgesehen. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück von einem ersten Werkstückträger von einer Fördereinrichtung entnommen, zur Drehbearbeitung eingespannt und maß- und formhaltig gedreht. Nach der Drehbearbeitung wird das Werkstück von einem zweiten Werkstückträger übernommen und der Feinstbearbeitung zugeführt. Nach erfolgter Bearbeitung wird das Werkstück wieder auf die Fördereinrichtung abgelegt. Bei diesem Verfahren erfolgen Dreh- und Feinstbearbeitung zumindest teilweise zeitparallel. Dadurch lassen sich Fertigungszeit und Werkstückkosten deutlich verringern.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung mit zwei Werkstückträgern werden die Werkstücke durch eine Relativbewegung zwischen den Werkstückträgern und den Einrichtungen zur Dreh- und Feinstbearbeitung wechselweise der Drehbearbeitung und Feinstbearbeitung zugeführt. Dabei erfolgen Dreh- und Feinstbearbeitung in der gleichen Aufspannung.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Vorrichtung zum Drehen und Feinstbearbeiten von Werkstücken ist mit einem Werkstückträger zum Aufnehmen, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken und mindestens einem Drehwerkzeug versehen. Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß eine Feinstbearbeitungsvorrichtung auf. Die Feinstbearbeitung wird mit Honwerkzeugen ausgeführt. Es können jedoch ebenso Mittel zum Rollieren oder Läppen eingesetzt werden. Die Feinstbearbeitungsvorrichtung, das Drehwerkzeug und die Werkstückträger sind zur Erzielung einer die gewünschte Werkstückgeometrie erzeugenden Relativbewegung zwischen Werkstück und Drehwerkzeug am Maschinengestell gesteuert beweglich angeordnet.

Dadurch ist es erstmals möglich, eine Komplettbearbeitung eines Werkstückes, d.h. Drehen und Feinstbearbeiten, auf einer Werkzeugmaschine auszuführen. Dabei wird eine platzsparende Anordnung ermöglicht und es entfallen externe Verkettungen und Transportvorgänge. Es ist nicht mehr erforderlich für das Drehen und Feinstbearbeiten zwei verschiedene Werkzeugmaschinen zu installieren. Somit können der Investitionsbedarf und die Stückkosten erheblich verringert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind zwei Werkstückträger vorgesehen. Der erste Werkstückträger entnimmt das Werkstück von einer Fördereinrichtung, führt es der Drehbearbeitung zu und legt es dann in eine Übergabeposition ab. Dort wird es vom zweiten Werkstückträger übernommen und der Feinstbearbeitung zugeführt. Nach der Feinstbearbeitung wird das Werkstück wieder auf die Fördereinrichtung abgelegt. Auf dieser Vorrichtung erfolgen Dreh- und Feinstbearbeitung zumindest teilweise gleichzeitig. Dadurch lassen sich Fertigungszeit und Werkstückkosten deutlich verringern.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Einrichtungen zur Dreh- und Feinstbearbeitung und zwei Werkstückträger auf gegenüberliegenden Seiten einer Drehachse angeordnet. Die Werkstücke werden durch eine Relativbewegung zwischen den Werkstückträgern und den Einrichtungen zur Dreh- und Feinstbearbeitung wechselweise der Drehbearbeitung und Feinstbearbeitung zugeführt. Dabei erfolgen Dreh- und Feinstbearbeitung in der gleichen Aufspannung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Werkzeugmaschine mit Einrichtungen zur Dreh- und Feinstbearbeitung im Schnitt
2 eine Werkzeugmaschine mit Einrichtungen zur Dreh- und Feinstbearbeitung mit zwei Werkstückträgern im Schnitt
3 eine Werkzeugmaschine mit zwei Werkstückträgern und schwenkbarem Oberteil
4 zeigt die Werkzeugmaschine nach 3 in der Draufsicht
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Drehen und Feinstbearbeiten zeigt die 1. Das Maschinengestell 1 trägt an seiner Oberseite die Führungsbahnen 9. Auf diesen ist der Kreuzschlitten 5 in Richtung der X-Achse beweglich geführt. Er wird vom Motor 10 über die Gewindespindel 11 bewegt. Am Kreuzschlitten 5 ist der Werkstückträger 6 in Richtung der Z-Achse beweglich geführt. Der Werkstückträger 6 ist als vertikale Motorspindel ausgeführt und trägt an seiner Unterseite die Spannvorrichtung 12 zum Aufnehmen, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken 8. Im Maschinengestell 1 ist auf der linken Seite der Werkzeugrevolver 2 mit den Drehwerkzeugen 4 aufgenommen. An der mittleren Wand 13 des Maschinengestells 1 sind die Halter 14 mit der Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 angebracht.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beginnt ein Arbeitszyklus damit, dass der Werkstückträger 6 ein Werkstück 8 von der Fördereinrichtung 7 entnimmt und durch Verfahren entlang der X-Achse in den Arbeitsraum 15 transportiert. Dort wird das Werkstück 8 zunächst von den Drehwerkzeugen 4 maß- und formhaltig gedreht. Durch eine weitere Bewegung des Werkstückträgers 6 in X-Richtung gelangt das Werkstück 8 in den Wirkbereich der Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 und wird dort bearbeitet. Die Hubbewegungen für das Feinstbearbeiten werden dabei durch eine oszillierende Bewegung des Kreuzschlittens 5 entlang der Führungsbahnen 9 erzeugt. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die Hubbewegungen durch Relativbewegungen der Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 gegenüber dem Maschinengestell 1 bewirkt werden. Anstelle der Hubbewegungen kann die Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 in Rotation versetzt werden. Als Antrieb können in den Haltern 14 Motore vorgesehen sein. Während des Feinstbearbeitens wird das Werkstück 8 durch die Motorspindel des Werkstückträgers 6 in Rotation versetzt. Nach erfolgter Bearbeitung werden die Werkstücke 8 wieder auf der Fördereinrichtung 7 abgelegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 sind die Führungsbahnen 9 an einer vertikalen Wand des Maschinengestells 1 aufgenommen. Darauf sind zwei Kreuzschlitten 5, 5' in Richtung der X-Achse beweglich angeordnet. An den Kreuzschlitten 5, 5' sind die Werkstückträger 6, 6' über Führungsbahnen 16 in Z-Richtung verfahrbar. An der mittleren Wand 13 des Maschinengestells 1 sind der Werkzeugrevolver 2 und die Halter 14 mit der Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 angebracht. Dazwischen befindet sich die Übergabeposition 17.
Bei dem auf dieser Vorrichtung angewendeten zweistufigen Verfahren werden parallel zwei Werkstücke 8 bearbeitet. Der Werkstückträger 6 nimmt in der Fördereinrichtung 7 ein unbearbeitetes Werkstück 8 auf und führt es der Drehbearbeitung zu. Zur gleichen Zeit greift der Werkstückträger 6' ein zuvor durch Drehen bearbeitetes Werkstück in der Übergabeposition 17 und führt es der Feinstbearbeitung zu. Die Werkstücke 8 werden nach erfolgter Bearbeitung abgelegt, vom Werkstückträger 6 in der Übergabeposition 17 und vom Werkstückträger 6' auf die Fördereinrichtung 7'. Dieses Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft anwenden, wenn die Bearbeitungsvorgänge beim Drehen und Feinstbearbeiten in etwa die gleiche Zeit beanspruchen. Dann wird durch die simultane Bearbeitung die Anzahl produzierter Teile pro Zeiteinheit verdoppelt.
3 zeigt eine Werkzeugmaschine mit einem aus Unter- und Oberteil 18, 19. bestehenden Maschinengestell 1. Das auf der Grundfläche stehende Unterteil 18 trägt auf gegenüberliegenden Seiten den Werkzeugrevolver 2 und die Feinstbearbeitungsvorrichtung 3. Bei Bedarf können diese in Richtung der X-Achse beweglich geführt sein. Das Oberteil 19 ist gegenüber dem Unterteil um eine Drehachse 20 schwenkbar. Die Draufsicht der Werkzeugmaschine nach 3 ist in
4 dargestellt. Am Oberteil 19 sind Führungen 22 für die Vertikalschlitten 21 vorgesehen. Damit werden die Werkstückträger 6, 6' in vertikaler Richtung beweglich geführt. Zwischen dem Werkzeugrevolver 2 und der Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 ist die Fördereinrichtung 7, 7' mit der Aufnahmeposition 23 und der Ablageposition 24 angeordnet. Die Wirkbereiche der Drehwerkzeuge 4 und der Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 sowie die Aufnahme- und Ablagepositionen 23, 24 sind vorteilhaft auf den Symmetrielinien eines Kreises angeordnet und können durch Schwenken des Oberteils 19 um jeweils 90° wechselweise von den Werkstückträgern 6, 6' angefahren werden.
Die Bearbeitung der Werkstücke 8 beginnt mit dem Greifen eines Werkstücks 8 aus der Aufnahmeposition 23 durch den Werkstückträger 6. Durch eine Schwenkbewegung des Oberteils 19 um 90° gelangt das Werkstück 8 in den Wirkbereich der Drehwerkzeuge 4 und wird dort maß- und formhaltig gedreht.
Mit der gleichen Schwenkbewegung des Oberteils 19 führt der Werkstückträger 6' ein zuvor fertig gedrehtes Werkstück 8 der Feinstbearbeitungsvorrichtung 3 zur Bearbeitung zu. Im Anschluss an die Feinstbearbeitung legt der Werkstückträger 6' das Werkstück 8 in der Ablageposition 24 ab und mit dem Aufnehmen eines weiteren unbearbeiteten Werkstücks 8 in der Aufnahmeposition 23 beginnt ein neuer Bearbeitungszyklus.

1: Maschinengestell
2: Werkzeugrevolver
3: Feinstbearbeitungsvorrichtung
4: Drehwerkzeuge
5: Kreuzschlitten
6: 6' Werkstückträger
7: 7' Fördereinrichtung
8: Werkstück
9: Führungsbahn
10: Motor
11: Gewindespindel
12: Spannvorrichtung
13: Wand
14: Halter
15: Arbeitsraum
16: Führungsbahn
17: Übergabeposition
18: Unterteil
19: Oberteil
20: Drehachse
21: Vertikalschlitten
22: Führungen
23: Aufnahmeposition
24: Ablageposition

Claims

Verfahren zum Drehen und Feinstbearbeiten eines Werkstücks (8), insbesondere einer Bremsscheibe, mit einem Werkstückträger (6), der an einem Kreuzschlitten (5) beweglich geführt ist, mit einer Feinstbearbeitungsvorrichtung (3), wobei der Werkstückträger (6) das Werkstück (8) von einer Fördereinrichtung (7) entnimmt, zur Drehbearbeitung einspannt, wobei die Geometrie des Werkstückes (8) maß- und formhaltig gedreht wird und das Werkstück (8) nach erfolgter Bearbeitung wieder auf die Fördereinrichtung (7) abgelegt wird, wobei die Feinstbearbeitung durch Honen erfolgt und wobei Drehbearbeitung und Honen in der gleichen Aufspannung erfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer die gewünschte Oberflächenqualität erzeugenden Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) das Werkstück (8) in Rotation versetzt und entweder eine oszillierende Bewegung des Kreuzschlittens (5) entlang der Führungsbahnen (9) überlagert wird oder zur Bearbeitung ebener Werkstückflächen eine Rotationsbewegung des Honwerkzeugs überlagert wird und die Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) gleichzeitig auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (8) in Eingriff gebracht wird.
Verfahren zum Drehen und Feinstbearbeiten eines Werkstücks (8), insbesondere einer Bremsscheibe, wobei ein erster Werkstückträger (6) das Werkstück (8) von einer Fördereinrichtung (7) entnimmt, zur Drehbearbeitung einspannt, wobei die Geometrie des Werkstücks (8) maß- und formhaltig gedreht wird und das Werkstück (8) nach erfolgter Bearbeitung wieder auf die Fördereinrichtung (7) abgelegt wird, wobei eine Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) vorgesehen ist und der erste Werkstückträger (6) nach der Drehbearbeitung das Werkstück (8) an einen zweiten Werkstückträger (6') übergibt, wobei Dreh- und Feinstbearbeitung zumindest teilweise zeitparallel an zwei Werkstücken (8) erfolgen und wobei die Feinstbearbeitung durch Honen erfolgt dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer die gewünschte Oberflächenqualität erzeugenden Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) das Werkstück (8) in Rotation versetzt und entweder eine schwingende Bewegung des Werkstückträgers (6'), der an einem Kreuzschlitten (5') beweglich geführt wird, entlang von Führungsbahnen (9) überlagert wird oder zur Bearbeitung ebener Werkstückflächen eine Rotationsbewegung des Honwerkzeugs überlagert wird und die Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) gleichzeitig auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (8) in Eingriff gebracht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, zur drehenden Bearbeitung eines Werkstücks (8), insbesondere einer Bremsscheibe, mit einem Werkstückträger (6) zum Aufnehmen, Spannen, Antreiben und Ablegen von Werkstücken (8), mit Drehwerkzeugen (4), wobei die Drehwerkzeuge (4) und der Werkstückträger (6) zur Erzielung einer die gewünschte Werkstückgeometrie erzeugenden Relativbewegung zwischen Werkstück (8) und Drehwerkzeugen (4) gesteuert beweglich angeordnet sind, mit einer Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) und einem Werkstückträger (6), der zwischen einer Position zum Aufnehmen und/oder Ablegen des Werkstücks, einer Position zur drehenden Bearbeitung und einer Position zur Feinstbearbeitung verfahrbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstbearbeitungsvorrichtung (3) gleichzeitig auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (8) in Eingriff bringbar ist.