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Die Erfindung betrifft ein Finishbearbeitungsverfahren, umfassend eine Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche mittels der Wirkfläche eines Finishwerkzeugs, wobei die Werkstückoberfläche relativ zu der Wirkfläche des Finishwerkzeugs um eine Werkstückachse gedreht und wobei der Relativbewegung von Werkstückoberfläche und Wirkfläche mindestens eine oszillierende Zusatzbewegung überlagert wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche mittels eines Finishwerkzeugs, mit einer Drehantriebseinrichtung zur
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Erzeugung einer Drehbewegung der Werkstückoberfläche relativ zu einer Wirkfläche des Finishwerkzeugs in einer Drehrichtung um eine Werkstückachse, wobei zur Überlagerung der Relativbewegung von Werkstückoberfläche und Wirkfläche ein Zusatzantrieb zur Erzeugung einer oszillierenden Zusatzbewegung vorgesehen ist.
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Finishbearbeitungsverfahren sind beispielsweise aus der
DE 44 23 422 A1 und aus der
EP 2 650 081 B1 bekannt. Diese Verfahren ermöglichen es, finishend bearbeitete Werkstückoberflächen herzustellen, welche eine hohe Oberflächengüte aufweisen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche die Herstellung besonders hoher Oberflächengüten ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass über einen Umfang um die Werkstückachse und/oder über eine zu der Werkstückachse parallele Erstreckung der Werkstückoberfläche hinweg ein mittels der Wirkfläche pro Zeiteinheit abgetragenes Materialvolumen variiert wird, indem während der Finishbearbeitung der Werkstückoberfläche eine Oszillationsfrequenz und/oder eine Oszillationsamplitude und/oder eine Anpresskraft der mindestens einen Zusatzbewegung verändert wird.
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Erfindungsgemäß wird während der finishenden Bearbeitung eines Werkstücks mindestens ein Parameter einer oszillierenden Zusatzbewegung verändert, also beispielsweise ausschließlich eine Oszillationsfrequenz oder ausschließlich eine Oszillationsamplitude oder ausschließlich eine Anpresskraft oder sowohl eine Oszillationsfrequenz als auch eine Oszillationsamplitude oder sowohl eine Oszillationsfrequenz als auch eine Anpresskraft oder sowohl eine Oszillationsamplitude als auch eine Anpresskraft oder sowohl eine Oszillationsfrequenz als auch eine Oszillationsamplitude als auch eine Anpresskraft. Auf diese Weise kann vorzugsweise in derselben Werkstückeinspannung eine Materialabtragsrate variiert werden. Wenn in einem Teilabschnitt der Werkstückoberfläche weniger Material abgetragen werden soll, wird eine vergleichsweise niedrige Oszillationsfrequenz und/oder eine vergleichsweise niedrige Oszillationsamplitude und/oder eine vergleichsweise niedrige Anpresskraft gewählt. Für einen anderen Teilabschnitt der Werkstückoberfläche, in welchem ein höherer Materialabtrag erzielt werden soll, wird eine vergleichsweise höhere Oszillationsfrequenz und/oder eine vergleichsweise höhere Oszillationsamplitude und/oder eine vergleichsweise höhere Anpresskraft gewählt. Auf diese Weise kann der Materialabtrag über die Werkstückoberfläche hinweg variiert werden, sodass Werkstückoberflächen mit bestimmten Geometrien schneller bearbeitet werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die oszillierende Zusatzbewegung zu der Werkstückoberfläche senkrecht gerichtet.
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In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Oszillationsfrequenz höher ist als 50 Hz, insbesondere höher als 100 Hz.
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Für eine Bearbeitung im Niederschallbereich ist es bevorzugt, dass die Oszillationsfrequenz niedriger ist als 20 kHz, vorzugsweise niedriger als 16 kHz, insbesondere niedriger als 1 kHz.
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Es ist auch möglich, dass die zu der Werkstückoberfläche senkrechte oszillierende Zusatzbewegung eine Oszillationsfrequenz im Ultraschallbereich von 20 kHz oder mehr als 20 kHz hat.
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Unabhängig von der Oszillationsfrequenz der zu der Werkstückoberfläche senkrecht gerichteten Zusatzbewegung ist es bevorzugt, dass eine Oszillationsamplitude dieser Zusatzbewegung größer als 0,1 µm, vorzugsweise größer als ungefähr 5 µm ist. Ein bevorzugter Maximalwert für die Oszillationsamplitude beträgt ungefähr 200 µm.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die oszillierende Zusatzbewegung zu der Werkstückachse parallel gerichtet ist. Hierbei kann sich um eine ausschließliche Zusatzbewegung handeln oder um eine Zusatzbewegung, welche der vorstehend erläuterten, senkrecht zu der Werkstückoberfläche gerichteten Zusatzbewegung überlagert wird.
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Eine weiter verbesserte Steuerungsmöglichkeit eines lokal variierenden Materialabtrags ergibt sich dadurch, dass die parallel zu der Werkstückachse gerichtete Zusatzbewegung zwischen Werkstückoberfläche und Wirkfläche eine erste Amplitude aufweist und dass dieser Zusatzbewegung eine bezogen auf die erste Amplitude langhubige Zusatzoszillation parallel zu der Werkstückachse überlagert wird. Für eine solche langhubige Zusatzoszillation kann vorzugsweise ein Linearantrieb verwendet werden, welcher einen Vorschub des Finishwerkzeug parallel zu der Werkstückachse erzeugt.
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Der lokal variierende Materialabtrag kann auch dadurch gesteuert werden, dass eine Frequenz und/oder Amplitude der vorstehend erörterten langhubigen Zusatzoszillation verändert wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zur lokalen Steuerung des abgetragenen Materialvolumens die Drehgeschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Werkstückoberfläche und Wirkfläche während der Finishbearbeitung der Werkstückoberfläche verändert wird. Dies ermöglicht eine schnelle Herstellung von Werkstückoberflächen mit unrunden Sollkonturen oder aber eine Verbesserung der Rundlaufwerte eines Werkstücks innerhalb einer kurzen Bearbeitungszeit.
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Unabhängig davon, ob einer parallel zu der Werkstückachse gerichteten Zusatzbewegung eine langhubige Zusatzoszillation überlagert wird, ist es möglich, dass die Wirkfläche mit einer Vorschubgeschwindigkeit relativ zu der Werkstückoberfläche in einer zu der Werkstückachse parallelen Richtung bewegt wird. In diesem Fall ist es möglich, dass eine lokale Steuerung des Materialabtragvolumens durch eine Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit erzielt wird.
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Das erfindungsgemäße Finishbearbeitungsverfahren eignet sich im Prinzip für sämtliche finishend zu bearbeitenden Werkstückoberflächen. Das Finishwerkzeug kann in Form eines Finishsteins oder in Form eines Finishbands ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Werkstückoberfläche um die Laufbahn eines Wälzlagers, eines Kurbelwellenlagers oder Nockenwellenlagers oder um die Laufbahn einer Nocke.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Finishverfahren besonders kurze Bearbeitungszeiten ergeben sich, wenn das abgetragene Materialvolumen so variiert wird, dass eine rotationssymmetrische, im Profil gekrümmte Werkstückfläche entsteht, also eine Werkstückfläche, welche im Profil konvex oder konkav gekrümmt ist.
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Unabhängig von einem Sollprofil der Werkstückoberfläche kann das abgetragene Materialvolumen so variiert werden, dass die Rundlaufwerte der Werkstückoberfläche nach der erfindungsgemäßen Finishbearbeitung eine kleinere Toleranz aufweisen als vor der erfindungsgemäßen Finishbearbeitung.
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Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird eine besonders hohe Oberflächengüte eines Werkstücks erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass eine Steuereinrichtung zur Steuerung und Veränderung einer Oszillationsfrequenz und/oder einer Oszillationsamplitude des Zusatzantriebs in Abhängigkeit einer Position der Wirkfläche relativ zu der Werkstückoberfläche vorgesehen ist.
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Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zum Teil bereits vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Finishbearbeitungsverfahren beschrieben. Auf diese Beschreibung wird für die Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung Bezug genommen.
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Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine der nachstehend beschriebenen Einrichtungen, mittels welchen die Position und/oder Lage von Teilabschnitten der zu bearbeiteten Werkstückoberfläche erfasst werden kann.
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Beispielsweise umfasst die Vorrichtung eine Winkelerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Drehwinkels des Werkstücks um die Werkstückachse. Auf diese Weise können im Vergleich zu einer Sollkontur erhöhte oder abgesenkte Teilabschnitte der Werkstückoberfläche bestimmten Drehwinkeln des Werkstücks zugeordnet werden.
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Ferner kann mindestens eine Positionserfassungseinrichtung vorgesehen sein, die eine Position eines Teilabschnitts der Werkstückoberfläche in einer zu der Werkstückachse parallelen und/oder senkrechten Richtung erfasst. Auf diese Weise können für eine bestimmte Drehlage des Werkstücks Teilabschnitte entlang des Profils der Werkstückoberfläche definiert werden.
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Schließlich ist es bevorzugt, wenn mindestens eine Messeinrichtung zur Erfassung eines Abstands zwischen einem Teilabschnitt der Werkstückoberfläche und der Werkstückachse vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, für einen bestimmten Teilabschnitt der Werkstückoberfläche festzustellen, ob er im Vergleich zu einer Sollkontur einen zu großen, einen passenden oder einen zu kleinen Abstand zu der Werkstückachse aufweist.
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Die Messeinrichtung kann separat von dem Zusatzantrieb vorgesehen sein.
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Es ist aber auch möglich, dass der Zusatzantrieb einen Piezoaktor mit mindestens einem Piezoelement umfasst, welches zur Erfassung eines Abstands zwischen einem Teilabschnitt der Werkstückoberfläche und der Werkstückachse als Druckmesselement wirksam ist. Auf diese Weise kann der Zusatzantrieb nicht nur zur Erzeugung einer vorzugsweise zu der Werkstückoberfläche senkrechten Zusatzbewegung genutzt werden, sondern im Zuge der Vorbereitung einer finishenden Bearbeitung eines Werkstücks als Abstandssensor verwendet werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche;
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2 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung;
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3 eine Vorderansicht des Ausschnitts gemäß 2;
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4 ein der 2 entsprechender Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche;
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5 eine der 3 entsprechende Ansicht des Ausschnitts gemäß 4;
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6 eine schematische Ansicht einer mittels eines Ausschnitts einer finishend bearbeiteten Werkstückoberfläche;
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7a eine Ansicht eines Teils eines Werkstücks, welches ein Lager mit einer finishend zu bearbeitenden Laufbahn in einem Ausgangszustand aufweist;
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7b eine Ansicht, bei welcher über die Erstreckung der Laufbahn des Werkstücks gemäß 7a hinweg eine Sollkontur und ein mit der Sollkontur korrespondierender Materialabtrag dargestellt ist;
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7c eine Ansicht, bei welcher über die Erstreckung der Laufbahn hinweg eine Oszillationsfrequenz und/oder eine Oszillationsamplitude einer ersten oszillierenden Zusatzbewegung eines Finishwerkzeugs dargestellt ist;
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7d eine der 7c entsprechende Ansicht, bei welcher eine Vorschubgeschwindigkeit des Finishwerkzeugs dargestellt ist;
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7e eine der 7c entsprechende Ansicht, bei welcher eine Oszillationsfrequenz und/oder eine Oszillationsamplitude einer zweiten oszillierenden Zusatzbewegung eines Finishwerkzeugs dargestellt ist;
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8 eine Ansicht eines Werkstücks, welches ein rotationssymmetrisches Lager mit einer finishend zu bearbeitenden Laufbahn in einem Ausgangszustand aufweist, wobei ein unrunder Ausgangszustand und ein runder Sollzustand der Laufbahn dargestellt sind;
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9a eine Ansicht, bei welcher der unrunde Ausgangszustand der Laufbahn über einen Rotationswinkel des Werkstücks gemäß 8 aufgetragen ist;
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9b eine Ansicht, bei welcher auf die Rotationswinkel bezogene Materialabtragsraten dargestellt sind, mittels welchen die Laufbahn von dem Ausgangszustand in den Sollzustand gebracht wird;
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10 eine der 8 entsprechende Ansicht eines Werkstücks, welches ein nockenförmiges Lager mit einer finishend zu bearbeitenden Laufbahn aufweist; und
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11 eine der 9b entsprechende Ansicht mit einer Darstellung von für das Werkstück gemäß 10 geeigneten Materialabtragsraten.
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In 1 ist eine Vorrichtung zur Finishbearbeitung einer Werkstückoberfläche insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Maschinengestell 12 zum Aufstellen der Vorrichtung 10 auf einer Aufstellfläche 14. An dem Maschinengestell 10 ist eine Werkstückaufnahme 16 zur Aufnahme eines finishend zu bearbeiteten Werkstücks 18 vorgesehen.
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Das Werkstück 18 weist eine zentrale Werkstückachse 20 auf. Bei dem Werkstück 18 handelt es sich beispielsweise um einen Lagerring eines Wälzlagers.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine Drehantriebseinrichtung 22 zum Drehantrieb des an der Werkstückaufnahme 16 gehaltenen Werkstücks 18 um die Werkstückachse 20. Die Werkstückachse 20 verläuft koaxial zu der Drehachse der Drehantriebseinrichtung 22.
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Das Werkstück 18 weist eine insbesondere konzentrisch zu der Werkstückachse 20 verlaufende Werkstückoberfläche 24 auf, welche mit einem nachfolgend beschriebenen Finishwerkzeug 26 finishend bearbeitet wird.
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Bei dem Finishwerkzeug 26 handelt es sich um ein Finishband oder – wie nachfolgend dargestellt – um einen Finishstein 28. Das Finishwerkzeug 26 ist an einem Finishwerkzeughalter 30 gelagert und entlang einer ersten Zusatzbewegungsachse 32 (vergleiche 2) relativ zu dem Finishwerkzeughalter 30 oszillierend antreibbar. Hierdurch wird eine der Werkstückoberfläche 24 zugewandte Wirkfläche 34 des Finishwerkzeugs 26 in Richtung auf die Werkstückoberfläche 24 und hierzu entgegengesetzt bewegt.
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Zur Erzeugung der Bewegung des Finishwerkzeugs 26 umfasst die Vorrichtung 10 einen ersten Zusatzantrieb 36, insbesondere in Form eines Piezoaktors 38. Der erste Zusatzantrieb 36 erzeugt eine oszillierende Bewegung der Wirkfläche 34 entlang der ersten Zusatzbewegungsachse 32.
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Zur Bewegungskopplung des ersten Zusatzantriebs 36 und des Finishwerkzeugs 26 ist beispielsweise ein Übertragungselement 40 vorgesehen, welches mit einer Einspanneinrichtung 42 verbunden ist.
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Die Einspanneinrichtung 42 umfasst beispielsweise eine Hülse 44, welche mittels des Übertragungselements 40 von dem ersten Zusatzantrieb 36 bewegungsbeaufschlagt ist. Die Hülse 44 ist entlang der ersten Zusatzbewegungsachse 32 verschiebbar in einem Gehäuse 46 des Finishwerkzeughalters 30 aufgenommen.
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Die Einspanneinrichtung 42 umfasst ferner ein Einspannelement 48, welches mittels einer Schraubverbindung mit der Hülse 44 verbunden ist, sodass der Finishstein 28 mittels Einspannelement 48 und Hülse 44 einspannbar ist.
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Der Finishwerkzeughalter 30 ist mittels einer Vorschubeinrichtung 50 entlang einer Vorschubachse 52 relativ zu dem Gestell 12 positionierbar (vergleiche 1). Die Vorschubachse 52 verläuft parallel zu der Werkstückachse 20. Die Vorschubeinrichtung 50 umfasst einen an dem Gestell 12 längs einer Zustellachse 53 bewegbaren Halter 54, an welchem ein entlang der Vorschubachse 52 bewegbar angetriebener Schlitten 56 gelagert ist.
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Der Schlitten 56 und der Finishwerkzeughalter 30 sind so miteinander verbunden, dass der Finishwerkzeughalter 30 in zu der Werkstückachse 20 senkrechter Richtung relativ zu dem Schlitten 56 positionierbar ist. Hierfür ist eine Finishwerkzeugführung 57 vorgesehen, mittels welcher der Finishwerkzeughalter 30 parallel zu einer Zustellachse 59 positionierbar ist. Dies ermöglicht eine Verschleißkompensation des Finishwerkzeugs 26 und eine einfache Handhabung des Finishwerkzeugs 26 im Rahmen von Einrichtungs- oder Werkzeugwechselvorgängen.
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Der Schlitten 56 und der Finishwerkzeughalter 30 können so miteinander verbunden sein, dass der Finishwerkzeughalter 30 in zu der Werkstückachse 20 paralleler Richtung nicht relativ zu dem Schlitten 56 bewegbar ist. Alternativ hierzu umfasst die Vorrichtung 10 einen zweiten Zusatzantrieb in Form eines Oszillationsantriebs 58 zur Erzeugung einer zweiten Zusatzbewegung, nämlich einer Hin- und Herbewegung des Werkzeughalters 30 und des daran gehaltenen Finishwerkzeugs 26 in einer zu der Werkstückachse 20 parallelen Richtung.
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Der Oszillationsantrieb 58 weist beispielsweise einen an sich bekannten und daher nicht näher erläuterten Exzenter 60 auf, welcher um eine Exzenterachse 62 drehbar angetrieben ist und eine mit Doppelpfeil 64 bezeichnete zweite Zusatzbewegung in Form einer Oszillationsbewegung eines Abtriebselements 66 erzeugt. Das Abtriebselement 66 ist fest mit dem Finishwerkzeughalter 30 verbunden, sodass eine Oszillationsbewegung des Abtriebselements 66 auf den Finishwerkzeughalter 30 und somit auch auf das Finishwerkzeug 26 und auf dessen Wirkfläche 34 übertragen wird.
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Alternativ zu einer in 2 und 3 dargestellten (hydrodynamischen oder hydrostatischen) Gleitlagerung der Hülse 44 in dem Gehäuse 46 kann die Einspanneinrichtung 42 auch mittels mindestens einer Linearwälzführung in dem Gehäuse 46 gelagert sein.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Einspanneinrichtung 42 mittels mindestens eines Membranelements 68 relativ zu dem Gehäuse 46 des Finishwerkzeughalters 30 bewegbar zu lagern (vergleiche 4 und 5). Das Membranelement 68 erstreckt sich vorzugsweise in zu der Zusatzbewegungsachse 32 senkrechter Richtung. Vorzugsweise ist das Membranelement 68 in Form einer Ringscheibe ausgebildet, welche radial außen mit dem Gehäuse 46 und radial innen mit der Hülse 44 verbunden ist.
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Vorzugsweise sind zwei Membranelemente 68 vorgesehen, welche bezogen auf die Zusatzbewegungsachse 32 an einander abgewandten Seiten der Hülse 44 angeordnet sind.
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Zur Finishbearbeitung des Werkstücks 18 mittels der Wirkfläche 34 des Finishwerkzeugs 26 wird die Werkstückoberfläche 24 mittels der Drehantriebseinrichtung 22 um die Werkstückachse 20 gedreht. Gleichzeitig kann die Wirkfläche 34 mittels des Oszillationsantriebs 58 in einer zu der Werkstückachse 20 parallelen Richtung oszillierend angetrieben werden. Hierdurch entsteht eine für eine Finishbearbeitung charakteristische Kreuzschliffstruktur 70, welche in 6 schematisch dargestellt ist. Die Kreuzschliffstruktur 70 umfasst eine Mehrzahl von zumindest in Teilbereichen zueinander im Wesentlichen parallelen Riefen 72 und sich hiermit kreuzende Riefen 74.
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Bei der erfindungsgemäßen Finishbearbeitung wird die Drehbewegung des Werkstücks 18 von mindestens einer oszillierenden Zusatzbewegung überlagert. Bei dieser Zusatzbewegung kann es sich ausschließlich um die vorstehend genannte erste Zusatzbewegung (senkrecht zu der Werkstückoberfläche 24 unter Verwendung des ersten Zusatzantriebs 36) oder ausschließlich um die vorstehend genannte zweite Zusatzbewegung (parallel zu der Werkstückachse 20 unter Verwendung des zweiten Zusatzantriebs in Form des Oszillationsantriebs 58) handeln. Alternativ hierzu wird der Drehbewegung des Werkstücks 18 sowohl die erste Zusatzbewegung als auch die zweite Zusatzbewegung überlagert.
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Die Vorrichtung 10 umfasst eine Steuereinrichtung 76, welche zur Ansteuerung des ersten Zusatzantriebs 36 und/oder zur Ansteuerung des zweiten Zusatzantriebs in Form des Oszillationsantriebs 58 dient. Die Steuereinrichtung 76 dient vorzugsweise auch zur Ansteuerung der Drehantriebseinrichtung 22 und zur gezielten Steuerung und Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Werkstücks 18 und/oder zur Ansteuerung der Vorschubeinrichtung 50 und zur gezielten Steuerung und Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit des Finishwerkzeugs 26 entlang der Vorschubachse 52.
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Um die Geometrie einer finishend zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 24 erfassen zu können, ist eine Erfassungseinrichtung 78 vorgesehen. Diese umfasst einen Tastkörper 80, welcher an einem Messkopf 81 angeordnet ist. Der Messkopf 81 ist an einem Schlitten 82 befestigt, welcher an einer Schlittenführung 84 in einer Richtung parallel zu der Werkstückachse 20 bewegbar ist. Die Position des Schlittens 82 entlang der Schlittenführung 84 wird mittels einer ersten Positionserfassungseinrichtung 86 erfasst.
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Die Schlittenführung 84 ist ihrerseits an einem Halter 88 befestigt. Der Halter 88 ist entlang einer zu der Werkstückachse 20 senkrechten Führung 90 verschiebbar. Die Position des Halters 88 entlang der Führung 90 wird mittels einer zweiten Positionserfassungseinrichtung 92 erfasst.
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Eine Auslenkung des Tastkörpers 80 relativ zu dem Messkopf 81 in einer zu der Werkstückachse 20 senkrechten Richtung und in einer zu der Werkstückachse 20 parallelen Richtung wird mittels des Messkopfs 81 erfasst; der Messkopf 81 bildet somit eine Messeinrichtung zur Erfassung eines jeweiligen Abstands zwischen einem Teilabschnitt der Werkstückoberfläche 24 und der Werkstückachse 20 entlang einer zu der Werkstückachse 20 parallelen Messlinie. Bei dem Messkopf 81 mit dem Tastkörper kann es sich beispielsweise um eine Messeinrichtung des Typs "OMP400" der Renishaw GmbH, 72124 Pliezhausen, Deutschland, handeln.
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Schließlich ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung 10 eine Winkelerfassungseinrichtung 94 umfasst, um eine Drehlage des Werkstücks 18 um die Werkstückachse 20 erfassen zu können.
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Das erfindungsgemäße Finishbearbeitungsverfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 7a bis 7e erläutert und unter Bezugnahme auf ein Werkstück 18 beispielsweise in Form einer Kurbelwelle. Das Werkstück 18 weist ein Kurbelwellenlager 96 mit einer Laufbahn 98 auf. Die Laufbahn 98 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Werkstückachse 20 und parallel zu der Werkstückachse 20 gesehen zwischen einer ersten Begrenzungsfläche 100 und einer zweiten Begrenzungsfläche 102.
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In einem mittels der Erfassungseinrichtung 78 erfassbaren Ausgangszustand der Laufbahn 98 ist diese beispielweise, wie in 7a dargestellt, kreiszylindrisch. Die Laufbahn 98 soll für das nachfolgend erläuterte Ausführungsbeispiel so bearbeitet werden, dass sich eine in 7b dargestellte Sollkontur 104 ergibt. Diese Sollkontur 104 weist ein insgesamt konvex gekrümmtes Profil auf, bei welchem in zu den Begrenzungsflächen 100, 102 benachbarten Teilabschnitten 106, 108 mehr Material abgetragen werden muss als in einem mittigen Teilabschnitt 110. Ausgehend von dem Ausgangszustand 98 gemäß 7a ist über die Erstreckung der Laufbahn 98 hinweg also ein Materialabtrag 112 erforderlich, welcher in zu den Begrenzungsflächen 100, 102 benachbarten Teilabschnitten 106, 108 höher ist als in dem mittigen Teilabschnitt 110.
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Um die Materialabtragsraten entsprechend einem in 7b mit 112 bezeichneten, gewünschten Verlauf zu erzeugen, werden während der finishenden Bearbeitung der Laufbahn 98 nachfolgend beschriebene Bearbeitungsparameter, oder zumindest eine Teilmenge dieser Bearbeitungsparameter, variiert.
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Bei dem Bearbeitungsparameter 114 (vgl. 7c) handelt es sich um die Oszillationsfrequenz und/oder Oszillationsamplitude einer ersten oszillierenden Zusatzbewegung eines Finishwerkzeugs 26, wobei die erste oszillierende Zusatzbewegung mittels des ersten Zusatzantriebs 36 (vergleiche 1) erzeugt wird und senkrecht zu der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 24 verläuft.
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Bei dem zweiten Bearbeitungsparameter 116 (vgl. 7d) handelt es sich um die parallel zu der Werkstückachse 20 gerichtete Vorschubgeschwindigkeit des Finishwerkzeugs 26, also um die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubeinrichtung 50 längs der Vorschubachse 52.
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Bei dem dritten Bearbeitungsparameter 118 (vgl. 7e) handelt es sich um die Oszillationsfrequenz und/oder die Oszillationsamplitude einer zweiten oszillierenden Zusatzbewegung des Finishwerkzeugs 26, wobei diese zweite oszillierende Zusatzbewegung mittels des zweiten Zusatzantriebs in Form des Oszillationsantriebs 58 erzeugt wird und parallel zu der Werkstückachse 20 verläuft.
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Die die Oszillationsfrequenzen und/oder Oszillationsamplituden betreffenden Bearbeitungsparameter 114 und 118 sind in den zu den Begrenzungsflächen 100, 102 benachbarten Teilabschnitten 106, 108 der Werkstückoberfläche 24 erhöht und in dem mittigen Teilabschnitt 110 niedriger als in den Teilabschnitten 106, 108. Auf diese Weise kann der Materialabtrag in den Teilabschnitten 106, 108 im Vergleich zu dem mittigen Teilabschnitt 110 erhöht werden.
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Zur weiteren Beschleunigung der Finishbearbeitung der Laufbahn 98 ist vorgesehen, dass der Bearbeitungsparameter 116 (Vorschubgeschwindigkeit) so gewählt wird, dass in den Teilabschnitten 106, 108 vergleichsweise niedrige Vorschubgeschwindigkeiten gewählt sind und in dem mittigen Teilabschnitt 110 eine erhöhte Vorschubgeschwindigkeit gewählt wird.
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In 8 ist ein Werkstück 18 mit einer Laufbahn eines rotationssymmetrischen Lagers einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle dargestellt, wobei ein unrunder Ausgangszustand (übertrieben dargestellt) mit dem Bezugszeichen 120 und ein runder Sollzustand der Laufbahn mit dem Bezugszeichen 122 bezeichnet ist. Der Ausgangszustand 120 der Laufbahn kann durch eine kombinierte Anwendung der Winkelerfassungseinrichtung 94 und der Messeinrichtung 81 erfasst werden. Bei Auftrag des Ausgangszustands 120 über den Umfang des Werkstücks 18 um die Werkstückachse 20 entsprechend 9a ergibt sich beispielsweise, dass die Werkstückoberfläche 24 auf Höhe der Drehwinkel 0°, 120° und 240° Teilabschnitte mit abzutragenden Materialspitzen aufweist. Dieser Materialabtrag erfolgt durch Wahl und Steuerung der Bearbeitungsparameter so, dass ein in 9b dargestellter Materialabtragsverlauf erzeugt wird, bei welchem also jeweils den Materialspitzen der Teilabschnitte bei 0°, 120°, 240° der Werkstückoberfläche 24 zugeordnet ein besonders hoher Materialabtrag erfolgt. Diese erhöhten Materialabtragsraten können beispielsweise durch erhöhte Oszillationsfrequenzen- und/oder Amplituden mindestens einer Zusatzbewegung erzeugt werden, vorzugsweise in Kombination mit einer niedrigen Rotationsgeschwindigkeit.
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10 zeigt ein Werkstück 18 in Form einer Nocke 122, welche eine Laufbahn 124 aufweist.
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Bei finishender Bearbeitung der Laufbahn 124 (Werkstückoberfläche 24) mittels eines in 10 schematisch dargestellten Finishwerkzeugs 26 in Form eines kraftbeaufschlagten Steins und bei Drehung der Nocke 122 um die Werkstückachse 20 ist es bevorzugt, wenn Materialabtragsraten 112 (vergleiche 11) entlang des Verlaufs der Laufbahn 124 um die Werkstückachse 20 verändert werden. Ausgehend von 0° (vergleiche 10) ist es bevorzugt, wenn entlang eines ersten Teilabschnitts der Werkstückoberfläche 24 in Form einer ersten geraden Nockenfläche hohe Materialabtragsraten gewählt werden, um dann im Bereich eines Teilabschnitts der Nockenspitze bei 90° verminderte Materialabtragsraten zu wählen und um anschließend im Bereich eines Teilabschnitts bis 180° wieder stark erhöhte Materialabtragsraten zu wählen, um dann im Teilabschnitt zwischen 180° und 360° (gleich 0°) mittlere Materialabtragsraten zu wählen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4423422 A1 [0003]
- EP 2650081 B1 [0003]
