DE102008062882A1 - Verfahren zum Herstellen von schrägen Bohrungen und Werkstücktisch hierfür - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Herstellen von gegenüber einer senkrecht auf die Werkstückoberfläche treffenden ersten Achse, beispielsweise Z-Achse, schrägen Bohrungen in einem Werkstück wird das Bohrwerkzeug in Richtung der ersten Achse gerichtet und das Werkstück auf einen Werkstücktisch gespannt, der um mindestens eine zur ersten Achse senkrecht verlaufenden zweiten Achse, beispielsweise X-Achse um einen bestimmten Winkel (α) verschwenkt wird. Dabei wird der Einstechpunkt für das Bohren bei geneigtem Werkstücktisch aus den geometrischen bzw. trigonometrischen Verhältnissen zum vorab bestimmten bzw. bekannten Einstechpunkt bei in der ebenen bzw. nicht geneigten Ausgangsstellung des Werkstücktischs bestimmt bzw. errechnet.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von gegenüber einer senkrecht auf die Werkstückoberfläche treffenden ersten Achse, beispielsweise Z-Achse, schrägen Bohrungen in einem Werkstück oder zum Fräsen an oder von schrägen Flächen eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf einen Werkstücktisch zum Aufspannen von zu bearbeitenden, insbesondere zu bohrenden und/oder zu fräsenden Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
- Bei derzeitigen Verfahren zum Herstellen von schrägen Bohrungen in einem Werkstück wird der Bohrkopf einer Werkzeugmaschine entsprechend geneigt. Nachteilig hieran ist, dass die Bestimmung des Einstechpunktes für das Bohrwerkzeug relativ aufwendig ist und dass nur entsprechend ausgerüstete Werkzeugmaschinen, sogenannte Vierachsmaschinen, hierfür verwendet werden können. Ähnliches gilt dann, wenn an schrägen Flächen ein Fräswerkzeug angesetzt werden soll. Des weiteren ist es oft nur möglich, sehr langschäftige Fräswerkzeuge zu verwenden, was wiederum aufgrund der großen Einspannlänge zu nicht immer hinnehmbaren Toleranzen führt.
- Werkstücktische, die mit einer schwenkbaren Werkstückaufspannplatte versehen sind und als Sinustisch bezeichnet werden, sind an sich bekannt, werden jedoch ausschließlich zum Schleifen von Werkstückflächen verwendet. Hierbei wird die Werkstückaufspannplatte entsprechend der Neigung der zu schleifenden Oberfläche verschwenkt, damit diese sich in der Horizontalen oder Vertikalen befindet, so dass ein entsprechend gerichtetes Schleifwerkzeug angewendet werden kann.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren sowie einen Werkstückstisch der jeweils eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem unter Verwendung einfacher, d. h. Dreiachs-Werkzeugmaschinen schräge Bohrungen an Werkstücken bzw. schräge Flächen an Werkstücken hergestellt bzw. bearbeitet werden können.
- Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und bei einem Werkstücktisch der genannten Art die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale vorgesehen.
- Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, dass das Bearbeiten bzw. Herstellen von schrägen Flächen und/oder schrägen Bohrungen mit einer einfachen Dreiachswerkzeugmaschine durchgeführt werden kann. Die üblicherweise an der Werkzeugmaschine notwendige vierte Achse ist dabei durch das Verschwenken des Werkstücktisches gegeben. Aufgrund der relativ einfachen geometrischen bzw. trigonometrischen Verhältnisse ist eine schnelle und einfache Herstellung bzw. Bearbeitung gegeben. Das Verfahren bzw. die Verwendung des Werkstücktisches ist damit zeitsparend, da ein Umspannen des Werkstücks nicht notwendig ist, und vermeidet Ungenauigkeiten durch ein ansonsten notwendiges handgesetztes Ansetzen des Werkzeugs am Werkstück. In vorteilhafter Weise kann die Erfindung auch bei Erodiermaschinen eingesetzt werden.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen hinsichtlich des Verfahren ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2 und/oder 3.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen des Werkstücktischs ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 5 und/oder des Anspruchs 6.
- Des weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kombination aus einer Werkzeugmaschine und einem Werkstücktisch gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
-
1 in perspektivischer schematischer Darstellung einen Werkstücktisch gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, mit aufgespanntem Werkstück und in nicht geneigter Ausgangsposition, -
2 einen Schnitt längs der Linie II-II der1 , -
3 eine der1 entsprechende Darstellung, jedoch in geneigter Arbeitsstellung des Werkstücktischs, und -
4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der3 . - In der Zeichnung ist ein Werkstücktisch
10 dargestellt, der eine Werkstückaufspannplatte11 aufweist, die an einer Grundplatte12 längs eines Randbereichs über eine Längsachse13 in Richtung des Pfeils A schwenkbar gehalten ist. Ein Werkstücktisch10 mit einem derartigen Grundaufbau wird auch als sogenannter Sinustisch bezeichnet. Zur deutlicheren Darstellung sind in1 die Koordinaten X, Y und Z symbolisch dargestellt, die auch für3 gelten. - Die Längsachse
13 ist im über die Länge der Grundplatte12 vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordneten Klötzen16 fixiert, die von der Unterseite der Grundplatte12 her an dieser angeschraubt sind und zwischen denen Leisten14 angeordnet sind, die gemäß den2 und4 an die Unterseite der Aufspannplatte11 angeschraubt sind und die um die Längsachse13 schwenkbar sind. Die Schrauben15 , die die Leisten14 an der Aufspannplatte11 halten, befinden sich zu beiden Seiten der Längsachse13 . Entsprechendes gilt für die Befestigungsschrauben17 für die Klötze16 , in denen die Längsachse13 drehfest eingespannt ist. - An der der Längsachse
13 gegenüberliegenden Längsseite sind an der Unterseite21 der Aufspannplatte11 weitere vorzugsweise gleichmäßig im Abstand angeordnete Auflageleisten18 angeordnet, die mittels Schrauben19 befestigt sind. Die Höhe der Auflageleisten18 und diejenige der Klötze16 und Leisten14 ist derart, dass in der in den1 und2 dargestellten nicht verschwenkten Ausgangs- bzw. Ruhestellung die Unterseite21 der Aufspannplatte11 in konstantem Abstand parallel zur Oberseite22 der Grundplatte12 verläuft. Zwischen den Auflageleisten18 ist eine Haltestange20 über die Längsseite der Aufspannplatte11 hinweg gehalten. - Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Unterseite
21 der Aufspannplatte11 im Bereich der Klötze16 rückgestuft. Die die Leisten14 haltenden Schrauben15 sind von der Oberseite25 der Aufspannplatte11 her versenkt eingesetzt bzw. eingeschraubt. Wie der1 ferner andeutungsweise zu entnehmen ist, ist die Oberseite25 der Werkstückaufspannplatte11 im Wesentlichen vollständig mit Reihen und Spalten von vorzugsweise gleichmäßig beabstandeten Befestigungsbohrungen23 versehen, mittels der ein in den Figuren schematisch dargestelltes Werkstück24 aufgespannt werden kann. - Wie der Zeichnung ferner zu entnehmen ist, ist senkrecht, d. h. in Richtung der Z-Achse über der Achsmitte
26 der Längsachse13 mindestens eine Bezugsposition30 auf der Oberseite25 der Werkstückaufspannplatte11 markiert, die als aufgezeichneter Punkt, als Punktmarkierung durch eine Körnerspitze oder dergleichen oder, wie in der Zeichnung dargestellt, als Sacklochbohrung ausgebildet sein kann, deren Achsmitte29 genau über der Achsmitte26 der Längsachse13 steht. Beim Ausführungsbeispiel sind vier in gleichmäßigem Abstand angeordnete Bezugspositionen in Form von Sacklochbohrungen30 dargestellt. Es versteht sich, dass auch weniger (einschließlich nur einer) oder mehr Fixierpositionen30 vorgesehen sein können. Jedenfalls ist jede der Bezugspositionen30 im XYZ-Koordinatensystem bestimmt, nämlich durch die Y-Koordinate der Achsmitte26 der Längsachse13 , in Z-Richtung durch den Abstand der Achsmitte26 zur Oberseite25 der Aufspannplatte11 oder zum Sacklochgrund der Sacklochbohrung30 und außerdem in der X-Koordinate durch ihre o. g. Lage längs der Achsmitte26 der Längsachse13 . Eine der Bezugspositionen30 wird von einer Werkstückbearbeitung ausgewählt und dient als Bezugspunkt X0, Y0, Z0 für die Lage bspw. des Anstechpunktes32 der am Werkstück24 herzustellenden schrägen Bohrung35 . - Beim Querschnitt der
2 ist der Einfachheit halber angenommen, dass der Anstechpunkt32 für eine herzustellende, zur Z-Achse schräg verlaufenden Bohrung dieselbe X-Koordinate aufweist, wie eine der Bezugspositionen30 , also beispielsweise der hier ausgewählten Bezugsposition30' (X0 = X1). Der Anstechpunkt32 in der Y-Koordinate besitzt ein bestimmtes Maß Y1, ausgehend von der Fixierposition30' als Nullpunkt (Y0). Die Z-Koordinate (Z1) des Anstechpunkts32 bemisst sich ausgehend von der Achsmitte26 der Längsachse13 als Nullpunkt (Z0). Damit ergibt sich geometrisch bzw. trigonometrisch gesehen in der Ebene der2 ein rechteckiges Dreieck, dessen Hypotenuse H' von der Achsmitte26 der Längsachse13 zum Anstechpunkt32 führt. Der Ort (X1, Y1, Z1) des Anstechpunktes32 für eine Bohrung in der unverschwenkten Ausgangslage der Werkstückaufspannplatte11 gemäß2 wird vor der Bearbeitung des Werkstücks24 ausgehend von der als Nullpunkt gewählten Bezugsposition30' (X0, Y0, Z0) im X/Y/Z Koordinatensystem bestimmt. - Das Werkstück
24 soll nun nicht mit der in2 angedeuteten von der Oberfläche des Werkstücks24 senkrecht ausgehenden (angedeuteten) Bohrung35' versehen werden sondern mit einer zur Z-Koordinate schrägen Bohrung35 , wie sie in4 dargestellt ist. - Hierzu wird die Werkstückaufspannplatte
11 zusammen mit dem Werkstück24 in Richtung des Pfeiles A gegenüber der Grundplatte12 verschwenkt, und zwar um einen Winkel α von hier beispielsweise 20°, der dem Winkel der Achsmitte34 der herzustellenden Bohrung35 im Werkstück24 gegenüber der Z-Koordinate entspricht. Da die Schwenkbewegung beim dargestellten Ausführungsbeispiel nur in einer bestimmten Richtung A um die Längsachse13 erfolgen kann, ist es wichtig, dass das Werkstück24 in entsprechender Ausrichtung auf der Werkstückaufspannplatte11 fixiert ist. - Nach dieser Schwenkbewegung in Richtung des Pfeiles A um beispielsweise α = 20° wird diese schräge Stellung der Werkstückaufspannplatte
11 durch eine von Hand einzubringende Unterlage36 entsprechender Höhe (3 und4 ) festgehalten, wobei beispielsweise die Längsstange bzw. Haltestange20 auf der Oberseite37 der Unterlage36 aufliegt. In diesem verschwenktem Zustand besitzt der Anstechpunkt32 des Werkstücks24 einerseits dieselbe X-Koordinate, da keine Bewegung in X-Richtung (X2 = X1) erfolgt ist, jedoch andere Y- und Z-Koordinaten (Y2, Z2) gegenüber der Achsmitte26 der Längsachse13 , um die die Aufspannplatte11 verschwenkt worden ist. Durch diese Schwenkbewegung hat sich die Hypotenuse H des gedachten rechtwinkligen Dreiecks entsprechend α = 20° längs eines bestimmten Kreisbogens verschwenkt, so dass sich die Koordinaten (Y2, Z2) des Anstechpunktes32 ebenso wie die der Bezugsposition30' (Y0, Z0) in der Y und der Z Koordinate verändert haben. - Diese Koordinaten Y2, Z2 sind beispielsweise mit Hilfe eines Prozessors aufgrund der gegebenen geometrischen bzw. trigonometrischen Verhältnisse bestimmbar bzw. errechenbar. Bei gleichbleibender Länge der Hypotenuse H ergeben sich in dem in
4 dargestellten rechtwinkligen Dreieck neue Koordinaten Y2 und Z2. Diese neuen Koordinaten Y2, Z2 des Anstechpunktes32 werden berechnet und dem nicht dargestellten und in den drei Achsen (X, Y, Z) verfahrbaren Bohrwerkzeug eingegeben. Das in der Z-Achse verbleibend ausgerichtete Bohrwerkzeug gelangt zum tatsächlichen Anstechpunkt32 , um dann die betreffende Bohrung35 in das Werkstück24 derart einzubringen, dass die Bohrungsachse34 im Winkel α = 20° schräg zur Vertikalen auf die Oberseite des Werkstücks24 verläuft. - Auch wenn beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Werkstücktisch
10 um eine in Richtung der X-Koordinate verlaufende Längsachse13 schwenkbar ist, versteht es sich, dass der Werkstücktisch10 stattdessen oder auch zusätzlich um eine in Richtung der Y-Koordinate verlaufende Achse verschwenkbar ist. Ist der Werkstücktisch10 um zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar, versteht es sich, dass die entsprechenden trigonometrischen Umrechnungen statt in der Ebene im Raum zu vollziehen sind. - In nicht dargestellter Weise ist für den als Sinustisch ausgebildeten Werkstücktisch
10 eine Werkzeugmaschine in kombinierter Anwendung, deren Werkzeug in den drei Koordinaten X und Y und Z verfahrbar ist, bei er es jedoch nicht notwendig ist, dass das Werkzeug um eine vierte Achse schwenkbar ist. - Wenn auch beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Herstellung einer Bohrung mit Hilfe eines Bohrwerkzeugs beschrieben ist, versteht es sich, dass statt eines Bohrwerkzeugs ein Fräswerkzeug Verwendung finden kann, insbesondere dort, wo schräge Flächen mit Hilfe eines Fräswerkzeugs bearbeitet werden sollen, beispielsweise durch das Einbringen einer Nut in eine Schrägfläche oder durch Einbringen einer geneigten Nut in eine horizontale oder vertikale Fläche. Insbesondere bei Fräswerkzeugen ergibt sich der weitere Vorteil, dass ein kurzes Einspannen des Fräswerkzeugs möglich wird.
- In weiterer nicht dargestellter Ausgestaltung kann der Werkstücktisch
10 auch bei Erodiermaschinen Verwendung finden, die mit einem Erodierwerkzeug bestückt sind.
Claims (7)
- Verfahren zum Herstellen von gegenüber einer senkrecht auf die Werkstückoberfläche treffenden ersten Achse, beispielsweise Z-Achse, schrägen Bohrungen (
35 ) in einem Werkstück (24 ) oder zum Fräsen an oder von gegenüber einer senkrecht auf die Werkstückoberfläche treffenden ersten Achse beispielsweise Z-Achse, schrägen Flächen eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohr- oder Fräswerkzeug in Richtung der ersten Achse, beispielsweise Z-Achse, gerichtet wird, dass das Werkstück (24 ) auf einen Werkstücktisch (10 ) gespannt wird, der um mindestens eine zur ersten Achse senkrecht verlaufenden zweiten Achse (13 ), beispielsweise X-Achse um einen bestimmten Winkel (α) verschwenkt wird, und dass der Einstech- bzw. Ansatzpunkt (32 ) für das Bearbeiten (Bohren bzw. Fräsen) bei geneigtem Werkstücktisch (10 ) aus den geometrischen bzw. trigonometrischen Verhältnissen zum vorab bestimmten bzw. bekannten Einstech- bzw. Ansatzpunkt (32 ) bei in der ebenen bzw. nicht geneigten Ausgangsstellung des Werkstücktischs (10 ) bestimmt bzw. errechnet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsbewegung des Bohrwerkzeugs in der ersten Achse bzw. die Bahn des Fräswerkzeugs in der ersten Achse und/oder in einer weiteren Achse aus den geometrischen bzw. trigonometrischen Verhältnissen bezüglich einer vorgegebenen bzw. gedachten Arbeitsbewegung in der nicht geneigten Ausgangsstellung des Werkstücktischs (
24 ) bestimmt bzw. errechnet wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schräge bzw. winklige Arbeitsstellung des Werkstücktischs (
24 ) von einem der Schwenkachse (13 ) abgewandten, maßgenauen Stützblock (36 ) arretiert wird. - Werkstücktisch (
10 ) zum Aufspannen von zu bearbeitenden, insbesondere zu bohrenden und/oder zu fräsenden Werkstücken, mit einer Werkstückaufspannplatte (11 ), die an einer Grundplatte (12 ) um mindestens eine Achse (13 ) schwenkbar ist und die in verschwenkter Arbeitsstellung beispielsweise durch eine Unterlage (36 ) fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche (25 ) der Aufspannplatte (11 ) mindestes ein Bezugspunkt (30 ) vorgesehen ist, der senkrecht über der Mitte (26 ) der Schwenkachse (13 ) und an einer definierten Stellung der Längserstreckung der Schwenkachse (13 ) angeordnet ist. - Werkstücktisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Längserstreckung der Schwenkachse (
13 ) mehrere, vorzugsweise vier Bezugspunkte (30 ) vorgesehen sind. - Werkstücktisch nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspunkt (
30 ) durch eine Pass- vorzugsweise Sacklochbohrung gebildet ist. - Kombination aus einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten, insbesondere Bohren und/oder Fräsen von Werkstücken (
24 ) und einem Werkstücktisch (10 ) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Prozessor zum Bestimmen der Koordinaten des gewünschten Einstech- bzw. Ansatzpunktes (32' ) anhand der Koordinaten (X, Y, Z) des betreffenden Bezugspunktes (30 ) und zum Bestimmten bzw. Errechnen des tatsächlichen Einstech- bzw. Ansatzpunktes (32 ) aus den geometrischen bzw. trigonometrischen Verhältnissen zwischen geneigtem und nicht geneigtem Werkzeugtisch (10 ).
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