DE10229134A1 - Device for machining workpieces with rotary tools, especially for chipping machining of workpieces, has adjusting unit in rotary system between drive shaft and the tool, enabling dynamic movement of the tool relative to drive shaft - Google Patents

Device for machining workpieces with rotary tools, especially for chipping machining of workpieces, has adjusting unit in rotary system between drive shaft and the tool, enabling dynamic movement of the tool relative to drive shaft Download PDF

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Abstract

The device (99) comprises an adjusting unit which is provided in the rotary system between the drive shaft (11) and the tool (12). The adjusting unit enables the dynamic movement of the tool relative to the drive shaft. At least one solid adjusting element (15) is fitted between the drive shaft and the tool. The adjusting element (15) can be arranged axially, radially or optionally inclined to the rotation axis (1) of the drive shaft. The suitable sensors for the output signals are supplied for registration of deformation-, strain- and vibration state, as well as the operation state of suitable controller for generating a signal for controlling the adjusting element. An independent claim is also included for the method of chipping machining a workpiece with rotary tools.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Werkstückbearbeitung mit rotierenden Werkzeugen womit es möglich ist, die Fertigungsgenauigkeit des Werkstücks zu erhöhen, auftretende Schwingungen zu reduzieren, die mechanischen Belastungen der Werkzeugmaschine zu verringern oder eine vorgegebene Kontur, Welligkeit bzw. Musterung der bearbeiteten Werkstückoberfläche zu erreichen, oder insbesondere bei der zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide den Schnittprozess aktiv zu stabilisieren und Instabilitäten (Rattern) zu reduzieren. Besonders vorteilhaft lassen sich die Vorrichtung sowie das Verfahren in Fräsmaschinen in den Bereichen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC = High Speed Cutting) und Hochleistungsbearbeitung (HPC = High Performance Cutting) einsetzen.The invention relates to a device and a method for workpiece machining with rotating tools with which it is possible to increase the manufacturing accuracy of the workpiece to increase to reduce vibrations occurring, the mechanical loads of the machine tool or a predetermined contour, To achieve waviness or patterning of the machined workpiece surface, or particularly when machining workpieces metallic and non-metallic materials with geometrically determined to actively stabilize the cutting process and instabilities To reduce (chatter). The device can be particularly advantageous as well as the process in milling machines in the areas of high-speed machining (HSC = High Speed Cutting) and high-performance machining (HPC = High Performance Cutting) deploy.

In der zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit rotierenden Werkzeugen und hier insbesondere beim Fräsen in den Bereichen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC = High Speed Cutting) und Hochleistungsbearbeitung (HPC = High Performance Cutting) kommt es aufgrund unterschiedlicher Ursachen zu Schwingungen. Dazu gehören exemplarisch:In the machining of workpieces Made of metallic and non-metallic materials with rotating Tools and especially when milling in the areas of high-speed machining (HSC = High Speed Cutting) and high-performance machining (HPC = High Performance cutting) it occurs due to different causes to vibrations. This includes example:

  • Schwingungserregung durch Unwuchten verursacht durch die Wuchtgüte und Rundlauftoleranzen der Einzelkomponenten sowie Wechselgenauigkeiten an lösbaren FügestellenVibrations caused by unbalance through the balance quality and concentricity tolerances of the individual components as well as exchange accuracy on detachable joints
  • Erzwungene Schwingungen von Werkzeug und Werkstück durch den unterbrochenen Schnitt der Schneiden des sich drehenden Werkzeugs und die daraus resultierende zeitliche Variation der SchnittkräfteForced vibrations of tool and workpiece the interrupted cut of the cutting edges of the rotating tool and the resulting temporal variation of the cutting forces
  • Instabilitäten, die sich als Ratterschwingungen äußern und als Folge des Regenerativeffektes aus dem Zusammenwirken der Nachgiebigkeit von Werkzeug und Werkstück, dem unterbrochenen Schnitt der rotierenden Schneiden sowie der geometrisch-kinematischen Kopplung aufeinander folgender Schnitte entsteheninstabilities which express themselves as chatter vibrations and as a result of the regenerative effect from the interaction of the compliance of Tool and workpiece, the interrupted cut of the rotating cutting edges and the geometrical-kinematic Coupling of successive cuts is created

Die auftretenden Schwingungen führen zumindest zu einer ungenauen Werkstückbearbeitung (Toleranzabweichungen, Oberflächenrauhigkeiten) und im Extremfall zu einem Bruch des Werkzeugs bzw. des Werkstücks. Weiterhin führen die auftretenden Schwingungsbelastungen in den Lagern der Antriebsspindel zu einer beschleunigten Alterung und im Extremfall zum Ausfall der entsprechenden Lager.The vibrations that occur lead at least to inaccurate workpiece machining (tolerance deviations, Surface roughness) and in extreme cases, the tool or workpiece breaks. Farther to lead the vibration loads occurring in the bearings of the drive spindle accelerated aging and, in extreme cases, failure of the corresponding warehouse.

Weiterhin kommt es aufgrund der Schnittkräfte und der Nachgiebigkeit der beteiligten mechanischen Komponenten zu einer quasi-stationären Abdrängung des Werkzeugs, wodurch Ungenauigkeiten der Werkstückkontur entstehen.Furthermore, it occurs due to the cutting forces and the flexibility of the mechanical components involved into one quasi-stationary Abdrängung of the tool, causing inaccuracies in the workpiece contour arise.

Bekannt sind passive Maßnahmen zur Schwingungsreduktion durch besondere geometrische Anordnung der Schneiden des Fräswerkzeugs aus DE2533266C2 (Fräsmesserkopf mit ungleicher Schneidenteilung), US005876155A (Method of Eliminating Chatter in Plunge Cutting with Cutters at different Diameters and Depths), US 20010041105A1 (Milling Tool having Cutting Members with Different Clearance Angles) und JP2000000714A (Unequally Dividing Cutter). Die optimierte Werkzeuggeometrie ist hierbei immer eine Speziallösung für eine bestimmte Maschine und einen definierten Bearbeitungsprozess (Drehzahl, Zähnezahl, Ratterfrequenz).Passive measures for reducing vibrations are known from a special geometric arrangement of the cutting edges of the milling tool DE2533266C2 (Milling cutter head with uneven cutting division), US005876155A (Method of Eliminating Chatter in Plunge Cutting with Cutters at different Diameters and Depths), US 20010041105A1 (Milling Tool having Cutting Members with Different Clearance Angles) and JP2000000714A (Unequally dividing cutter). The optimized tool geometry is always a special solution for a specific machine and a defined machining process (speed, number of teeth, chatter frequency).

Bekannt ist aus der von Dr.-Ing. Wilhelm Hagemeister an der RWTH Aachen im Jahre 1999 angefertigten Dissertation „Auslegung von hochdynamischen servohydraulischen Antrieben für eine aktive Frässpindellagerung" eine aktive hydraulische Lagerung einer Frässpindel. Aufgrund der hydraulischen Stellglieder und der Masse der Spindel ergibt sich eine Einschränkung auf niedrige Schwingungsfrequenzen.It is known from that of Dr.-Ing. Wilhelm Hagemeister at RWTH Aachen University in 1999 Dissertation “Interpretation of highly dynamic servo-hydraulic drives for an active milling spindle bearing "an active hydraulic Storage of a milling spindle. Because of the hydraulic actuators and the mass of the spindle there is a limitation to low vibration frequencies.

Bekannt ist eine Werkzeugmaschine mit piezoelektrischer Positionskorrektureinrichtung nach DE19859360A1 , bei der die gesamte Arbeitsspindel oder der Werkstücktisch inklusive Werkstück mittels Piezostellelementen dynamisch parallel verschoben oder verkippt werden können. Ziel ist der Ausgleich von thermischen Verformungen, geometrischen Positionsfehlern, Verformungen/Verlagerungen aufgrund wirkender Kräfte, Werkzeugmaßschwankungen und die aktive Schwingungstilgung. Dadurch, dass die Piezostellelemente im nicht drehenden System angeordnet sind und die gesamte Arbeitsspindel der Bearbeitungseinheit durch die Piezostellelemente bewegt wird, ist der Frequenzbereich auf niederfrequente Schwingungen der Werkzeugmaschine im Bereich 10– 20Hz beschränkt. Zur höherfrequenten Bewegung werden aufgrund der großen Masse und somit Trägheit der gesamten Arbeitsspindel große Lagerkräfte benötigt. Zur Bekämpfung hochfrequenter Schwingungen aufgrund Instabilitäten (Rattern) ist weiterhin der Angriffspunkt der Piezostellelementen zu weit von der Wirkstelle und dem Werkzeug entfernt.A machine tool with a piezoelectric position correction device according to is known DE19859360A1 , in which the entire work spindle or the workpiece table including the workpiece can be dynamically moved or tilted in parallel using piezo actuators. The aim is to compensate for thermal deformations, geometric position errors, deformations / displacements due to acting forces, tool size fluctuations and active vibration damping. Because the piezo positioning elements are arranged in the non-rotating system and the entire work spindle of the processing unit is moved by the piezo positioning elements, the frequency range is limited to low-frequency vibrations of the machine tool in the range 10-20 Hz. For higher-frequency movement, large bearing forces are required due to the large mass and thus inertia of the entire work spindle. To combat high-frequency vibrations due to instabilities (chatter), the point of application of the piezo actuators is still too far away from the working point and the tool.

Bekannt ist außerdem aus der Abschlusspräsentation PARALIX & HIPERSPIN vom 03.04.2001 die von F. Scheurer am Zentrum für Fertigungstechnik (ZFS) der Universität Stuttgart vorgestellte Hochleistungsspindel mit aktivem Auswuchtsystem, bei dem Piezostellglieder im drehenden System zur Korrektur von Unwucht und Geometriefehlern angeordnet sind. Aufgrund der Kinematik und der Hebelverhältnisse des in die Werkzeugaufnahme Hohlschaftkegel (HSK) nach DIN69893 integrierten Biegeaktuators ergibt sich eine Beschränkung der Wirksamkeit auf Rundheitsfehler im Bereich 6 μm bzw. Restunwuchten im Bereich +/– 2 μm.Also known from the final presentation PARALIX & HIPERSPIN from April 3rd, 2001 is the high-performance spindle with active balancing system presented by F. Scheurer at the Center for Manufacturing Technology (ZFS) of the University of Stuttgart, in which piezo actuators are arranged in the rotating system for correcting unbalance and geometry errors. Due to the kinematics and the leverage ratios of the bending actuator integrated in the hollow shank taper (HSK) according to DIN69893, there is a limitation of the Effectiveness on roundness errors in the range of 6 μm or residual unbalance in the range of +/- 2 μm.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, womit es bei der Werkstückbearbeitung mit rotierendem Werkzeug möglich ist, auftretende Ungenauigkeiten oder Schwingungen zu reduzieren, die mechanischen Belastungen der Werkzeugmaschine zu verringern oder eine vorgegebene Kontur bzw. Welligkeit der bearbeiteten Werkstückoberfläche zu erreichen, oder insbesondere bei der zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide den Schnittprozess aktiv zu stabilisieren und Instabilitäten (Rattern) zu reduzieren.The object of the present invention is therefore to provide an apparatus and a method with which it in workpiece machining possible with rotating tool is to reduce inaccuracies or vibrations to reduce the mechanical loads on the machine tool or to achieve a predetermined contour or waviness of the machined workpiece surface, or particularly when machining workpieces metallic and non-metallic materials with geometrically determined to actively stabilize the cutting process and instabilities To reduce (chatter).

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das rotierende Werkzeug bezüglich der Antriebswelle beweglich angeordnet ist. Dies beinhaltet dieThe task is with a device of the type described in the introduction solved according to the invention in that the rotating tool regarding the drive shaft is movably arranged. This includes the

  • Verkippbarkeit der Längsachse des rotierenden Werkzeugs bezüglich der Drehachse der AntriebswelleTiltability of the longitudinal axis of the rotating tool in terms of the axis of rotation of the drive shaft
  • Translation der Längsachse des rotierenden Werkzeugs quer zur Drehachse der Antriebswelle (Versatz)Translation of the longitudinal axis of the rotating tool transverse to the axis of rotation of the drive shaft (offset)
  • axiale Translation des rotierenden Werkzeugs relativ zur Drehachse der Antriebswelleaxial translation of the rotating tool relative to the axis of rotation the drive shaft
  • Rotation des rotierenden Werkzeugs um die Drehachse der Antriebswelle mit oder entgegen der Drehrichtung des AntriebsmotorsRotation of the rotating tool around the axis of rotation of the drive shaft with or against the direction of rotation of the drive motor

Es kann eine einzelne oder eine Kombination der oben aufgeführten Beweglichkeiten zur Anwendung kommen.It can be a single or a combination of the listed above Mobility is used.

Zu diesem Zweck ist zwischen Antriebsmotor und Werkzeug eine dynamische Verstelleinheit angebracht, die mit Frequenzen bis in die Größenordnung der Drehzahl und darüber hinaus arbeitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung befindet sich also im drehenden System und rotiert mit der Drehzahl von Antriebswelle und Werkzeug. Die Verstelleinheit kann mit der Welle der Antriebsspindel eine feste Einheit bilden oder aber mit dieser für einen schnellen manuellen oder automatisierten Austausch mittels einer Schnittstelle lösbar verbunden sein. Entsprechend kann die Verstelleinheit mit dem rotierenden Werkzeug eine feste Einheit bilden oder aber mit diesem für einen schnellen manuellen oder automatisierten Austausch mittels einer Schnittstelle lösbar verbunden sein.For this purpose is between the drive motor and tool attached a dynamic adjustment unit with Frequencies up to the order of magnitude the speed and above works out. The device according to the invention is located So in the rotating system and rotates at the speed of the drive shaft and tool. The adjustment unit can with the shaft of the drive spindle form a fixed unit or with this for a quick manual or automated exchange releasably connected via an interface his. Accordingly, the adjustment unit with the rotating tool form a solid unit or with this for a quick manual or automated exchange releasably connected via an interface his.

Erfindungsgemäß wird durch diese Anordnung eine Möglichkeit geschaffen, zu jedem Zeitpunkt die Massenverteilung der rotierenden Teile relativ zur Drehachse der Antriebswelle sowie die Position des Werkzeugs bezüglich des Werkstücks zu beeinflussen und insbesondere bei der zerspanenden Bearbeitung die Position der Schneiden relativ zum Werkstück zu verändern und somit den Schnittprozess sowie die resultierende Werkstückkontur zu beeinflussen.According to the invention, this arrangement a possibility created the mass distribution of the rotating at all times Parts relative to the axis of rotation of the drive shaft and the position of the tool regarding of the workpiece to influence and especially when machining change the position of the cutting edges relative to the workpiece and thus the cutting process as well as the resulting workpiece contour to influence.

Um das Werkzeug bezüglich der Antriebswelle bewegen zu können, ist zwischen Antriebswelle und Werkzeug mindestens ein Gelenk eingebaut, das als formschlüssiges Gelenk oder als Festkörpergelenk ausgebildet sein kann. Weiterhin ist in der Gelenkverbindung die Anbringung einer Bohrung für die Zufuhr von Kühlmittel zum Werkzeug möglich.To the tool regarding the To be able to move the drive shaft At least one joint is installed between the drive shaft and the tool as a form-fitting Joint or as a solid joint can be trained. Furthermore, the articulation is Drilling a hole for the supply of coolant to the tool possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Trennung der unterschiedlichen Lastpfade und zur Erreichung einer möglichst großen Steifigkeit eine Federlamellenkupplung eingesetzt. Damit wird eine spielfreie Kraftübertragung erreicht.In a preferred embodiment becomes to separate the different load paths and to achieve them one if possible huge Stiffness used a spring plate clutch. So that becomes a backlash-free power transmission reached.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Federlamellenkupplung in Kombination mit einem weiteren Festkörpergelenk eingesetzt.In a preferred embodiment becomes a spring plate clutch in combination with another Solid joint used.

Die Stellelemente können sowohl axial, radial oder beliebig geneigt bezüglich der Drehachse der Spindelwelle angeordnet werden.The control elements can both axially, radially or arbitrarily inclined with respect to the axis of rotation of the spindle shaft to be ordered.

In Umfangsrichtung ist mindestens ein Stellelement angeordnet. Im Falle einer geraden Anzahl von Stellelementen liegen sich diese paarweise gegenüber. Möglich sind aber auch Ausführungen mit ungerader Anzahl Stellelemente, wobei sich diese nicht paarweise gegenüberliegen. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung bezüglich der Stellelemente eine einfache oder höhere Symmetrieanordnung hinsichtlich der Längsachse der Antriebsspindel auf.At least in the circumferential direction an actuator arranged. In the case of an even number of control elements these are in pairs. Versions are also possible with an odd number of control elements, whereby these are not in pairs are opposite. In a particularly advantageous embodiment, the device according to the invention in terms of the control elements have a simple or higher symmetry arrangement with regard to longitudinal axis the drive spindle.

Für den Stellantrieb eignen sich im besonderen Maße Festkörperaktuatoren wie beispielsweise piezoelektrische Stellelemente, welche sich unter anderem durch eine hohe Stellgeschwindigkeit und mechanische Steifigkeit auszeichnen.For the actuators are particularly suitable for solid-state actuators such as piezoelectric Control elements, which are characterized, among other things, by a high positioning speed and mechanical rigidity.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Piezostellelemente im vorgespannten Zustand zwischen Werkzeug und Antriebswelle eingebaut. Damit kann das Auftreten von lebensdauerschädigenden Zugspannungen in den Stellelementen verhindert werden.In a preferred embodiment are the piezo actuators in the pre-tensioned state between the tool and drive shaft installed. This can result in the occurrence of life-threatening Tension in the control elements can be prevented.

Dabei sind sie bevorzugt derart angeordnet, dass die Vorspannung der Piezostellelemente einfach eingestellt werden kann, dass thermische Dehnungen in den passiven Bauteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht zu einem unerwünschten Verlust der Piezovorspannung führen und dass die Rotation der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei hohen Drehzahlen keine ungünstigen mechanischen Belastungen in den Piezostellelementen hervorruft.They are preferably arranged in such a way that the bias of the piezo actuators can be easily adjusted can that thermal expansions in the passive components of the device according to the invention not an undesirable loss of the piezo bias and that the rotation of the device according to the invention at high speeds no unfavorable mechanical stresses in the piezo actuators.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stellelemente zumindest teilweise von einem Rahmen umschlossen. Dieser Rahmen nimmt die auftretenden Fliehkräfte auf und stellt insbesondere bei Verwendung von Piezostellelementen die ausreichende Vorspannung der Piezostellelemente sicher.In a preferred embodiment the control elements are at least partially enclosed by a frame. This frame absorbs the centrifugal forces that occur and in particular provides Use of piezo actuators to ensure sufficient pre-tensioning of the piezo actuators safely.

Zur Erhöhung der Steifigkeit und zur Verbesserung der Krafteinleitung durch die Stellelemente stützt sich dieser Rahmen in besonders vorteilhafter Ausgestaltung gegen die angrenzenden Bauteile der Antriebsspindel, des Festkörpergelenkes und der Werkzeugaufnahme ab. Dieser Rahmen kann ein- oder mehrstöckig sein, vorteilhafterweise ist er aber einstöckig, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen, eine einfache Krafteinleitung zu gewährleisten und die Rundlaufgenauigkeit sowie Wuchtgüte zu erhöhen.To increase stiffness and verb As a result of the force introduction by the actuating elements, this frame is supported in a particularly advantageous embodiment against the adjacent components of the drive spindle, the solid-state joint and the tool holder. This frame can be one or more stories, but it is advantageously one story, in order to enable a compact design, to ensure simple force transmission and to increase the concentricity and balance quality.

Der folgende Teil der Beschreibung bezieht sich auf den verfahrenstechnischen Teil.The following part of the description refers to the procedural part.

Bei Bearbeitungsmaschine nach Stand der Technik treten im Grenzbereich Verformungen der mechanischen Komponenten auf, die sich am Werkzeug als Verschiebungen mit einer Größe bis maximal mehrere Zehntel Millimeter bemerkbar machen können.For processing machine according to the state In the technical area, mechanical deformations occur in the border area Components on the tool as displacements with a Size up to maximum can make several tenths of a millimeter noticeable.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein geeignetes Steuer- bzw. Regelungsverfahren die Bewegung des rotierenden Werkzeugs bezüglich der Antriebswelle dynamisch derart durchführt, dass den passiven Verformungen eine zusätzliche Bewegung des Werkzeugs relativ zur Antriebswelle überlagert wird, die den unerwünschten Ungenauigkeiten oder Schwingungen entgegenwirkt, insbesondere bei der zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide zu einer Stabilisierung des Schnittprozesses führt und Instabilitäten (Rattern) reduziert. Ausserdem kann durch Überlagerung einer geeignet vorgegebenen Bewegung des Werkzeugs mit der rotationsbedingten Kreisbewegung der Schneiden entsprechend der geometrischen Anordnung der Schneiden auf dem Werkzeug eine spezielle Kontur, Welligkeit bzw. Musterung der bearbeiteten Werkstückoberfläche erreicht werden. Weiterhin führt die Bewegung des rotierenden Werkzeugs bezüglich der Antriebswelle bei hochfrequenter Ansteuerung zu Trägheitseffekten und insbesondere bei hohen Drehzahlen der Spindel zu Kreiseleffekten. Diese können vorteilhaft zur Beeinflussung der in der Antriebsspindel und deren Lagern auftretenden dynamischen Lasten ausgenutzt werden.The task is in a process of the type described in the introduction solved according to the invention in that a suitable control process regulates the movement of the rotating tool regarding the drive shaft performs dynamically such that the passive deformations an additional Movement of the tool is superimposed relative to the drive shaft which is the unwanted inaccuracies or counteracts vibrations, especially when machining Machining workpieces made of metallic and non-metallic materials with geometric certain or undefined cutting edge to stabilize the cutting process leads and instabilities (Chatter) reduced. In addition, one can be suitable by superimposing one predetermined movement of the tool with the rotation-related circular movement the cutting edges according to the geometrical arrangement of the cutting edges a special contour, waviness or pattern on the tool of the machined workpiece surface become. Furthermore, the Movement of the rotating tool with respect to the drive shaft high-frequency control for inertia effects and especially at high speeds of the spindle to gyro effects. These can be beneficial to influence those occurring in the drive spindle and its bearings dynamic loads can be exploited.

Zu diesem Zweck kann eine im zeitlichen Ablauf vorbestimmte Bewegung auch unter Rückgriff auf in Kennfeldern gespeicherte Parameter angesteuert werden.For this purpose, a timed Sequence of predetermined movement also using maps saved parameters can be controlled.

Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens besteht in einem informationstechnisch geschlossenen Wirkkreis aus den Betriebszustand erfassenden Sensoren, einer Berechnungseinheit und der Verstelleinheit. In diesem Zusammenhang geeignete Größen zur Beschreibung des Betriebszustandes erfassen den Verformungs-, Belastungs-, Schwingungs- sowie den Erwärmungszustand. Diese Größen können mittels mechanischer, elektromechanischer, thermo-elektrischer, optischer, kapazitiver, induktiver oder ohmscher Messaufnehmer erfasst werden.A preferred embodiment of the The process consists of a closed IT Active circuit from sensors that detect the operating state, a calculation unit and the adjustment unit. In this context, suitable sizes for Description of the operating condition record the deformation, load, Vibration as well the state of warming. These sizes can be created using mechanical, electromechanical, thermo-electrical, optical, capacitive, inductive or ohmic sensor.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren und Aktoren zur Erfassung des mechanischen Zustandes örtlich zusammengefasst (Kollokation). Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Stabilität des Regelalgorithmus aus. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden daher Piezostellelemente auch gleichzeitig als Sensoren verwendet.In a preferred embodiment the sensors and actuators for recording the mechanical condition are locally combined (Collocation). This has an advantageous effect on the stability of the control algorithm out. In a particularly advantageous embodiment, therefore Piezo actuators also used as sensors at the same time.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellt, aus denen sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausfuhrungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Die Erfindung ist in den Figuren schematisch dargestellt, so dass die wesentlichen Merkmale der Erfindung gut zu erkennen sind. Die Darstellungen sind nicht notwendigerweise maßstäblich zu verstehen.The invention is illustrated below of figures closer illustrated embodiments shown, from which further details, features and advantages result. You can also the features mentioned above and those listed below according to the invention in each case individually for one or more can be used in any combination. The embodiments shown and described are not as final enumeration to understand, but rather have exemplary character for the description of the Invention. The invention is shown schematically in the figures, so that the essential features of the invention can be clearly seen are. The representations are not necessarily to scale understand.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer Vorrichtung zur Verkippung der Längsachse des Werkzeugs gegenüber der Drehachse der Antriebswelle; 1 a schematic representation of the operation of a device for tilting the longitudinal axis of the tool relative to the axis of rotation of the drive shaft;

2 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer Vorrichtung zur Verkippung und Parallelversetzung der Längsachse des Werkzeugs gegenüber der Drehachse der Antriebswelle; 2 a schematic representation of the operation of a device for tilting and parallel displacement of the longitudinal axis of the tool relative to the axis of rotation of the drive shaft;

3 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer Vorrichtung zur axialen Translation des Werkzeugs gegenüber der Antriebswelle; 3 a schematic representation of the operation of a device for axial translation of the tool relative to the drive shaft;

4 eine nicht maßstäbliche Darstellung eines Schnittes in Längsrichtung durch ein Ausführungsbeispiel einer Spindel mit integrierter Vorrichtung zur Verkippung der Längsachse des Werkzeugs gegenüber der Drehachse der Antriebswelle; und 4 a not to scale representation of a section in the longitudinal direction through an embodiment of a spindle with an integrated device for tilting the longitudinal axis of the tool relative to the axis of rotation of the drive shaft; and

5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 is a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verkippung der Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 schematisch dargestellt.In 1 is an inventive device for tilting the longitudinal axis 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 shown schematically.

Die Vorrichtung rotiert gemeinsam mit der Antriebswelle 11 und dem Werkzeug 12 mit der Winkelgeschwindigkeit ω um die Drehachse 1 (Rotationsrichtung mit Pfeil angedeutet, ebenso ist aber auch Rotation in die entgegengesetzte Richtung möglich).The device rotates together with the drive shaft 11 and the tool 12 with the angular velocity ω around the axis of rotation 1 (Direction of rotation indicated by arrow, but rotation in the opposite direction is also possible).

Das Werkzeug 12 ist über eine Werkzeugaufnahme 22 mit der Antriebswelle 11 verbunden. Zwischen Werkzeugaufnahme 22 und Antriebswelle 11 befindet sich das Biegegelenk 14. Dieses ist zwar biegeweich bezüglich einer Verkippung der Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11, aber möglichst steif gegenüber Längs- und Querkräften sowie des Antriebsmomentes, d.h. in Drehrichtung der Antriebswelle ausgeführt. Parallel zum Biegegelenk ist ein Paar Stellelemente 15 und 16 in axialer Richtung, d.h. parallel zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11 angeordnet. Sie arbeiten als Gegenspieler und können gegeneinander vorgespannt werden. Werden die Stellelemente 15 und 16 entgegengesetzt angesteuert, d.h. wie in der Figur beispielhaft dargestellt das Stellelement 15 gedehnt und das Stellelement 16 kontrahiert, so resultiert eine Verbiegung des Biegegelenks 14 mit der entsprechenden Verkippung der Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11, die sich an den Schneiden 13 des Werkzeugs 12 als Verschiebung quer zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11 auswirkt.The tool 12 is about a tool holder 22 with the drive shaft 11 connected. Between tool holder 22 and drive shaft 11 is the flexible joint 14 , This is flexible with respect to a tilt of the longitudinal axis 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 , but as stiff as possible against longitudinal and transverse forces as well as the drive torque, ie in the direction of rotation of the drive shaft. There is a pair of control elements parallel to the flexible joint 15 and 16 in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 arranged. They work as opponents and can be biased against each other. Become the control elements 15 and 16 driven in the opposite direction, ie as shown in the figure by way of example the control element 15 stretched and the actuator 16 contracted, this results in a bending of the flexible joint 14 with the corresponding tilting of the longitudinal axis 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 that look at the cutting edges 13 of the tool 12 as a displacement across the axis of rotation 1 the drive shaft 11 effect.

In 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verkippung und Parallelversetzung der Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 schematisch dargestellt.In 2 is a device according to the invention for tilting and parallel displacement of the longitudinal axis 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 shown schematically.

Das Werkzeug 12 ist über eine Werkzeugaufnahme 22 mit der Antriebswelle 11 verbunden. Zwischen Werkzeugaufnahme 22 und Antriebswelle 11 befindet sich das Gelenk 14. Es lässt sowohl Versetzungen quer als auch Verkippungen relativ zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11 zu. Bezüglich Längskräften und eines Antriebsmomentes in Drehrichtung der Antriebswelle 11 ist es möglichst steif ausgelegt. Weiterhin sind zwischen Werkzeugaufnahme 22 und Antriebswelle 11 die Stellelemente 15, 15a, 16 und 16a in radialer Richtung, d.h. senkrecht zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11 angeordnet. Die Stellelemente sind paarweise als Gegenspieler ausgebildet (15 gegen 16 und 15a gegen 16a) und können gegeneinander vorgespannt werden.The tool 12 is about a tool holder 22 with the drive shaft 11 connected. Between tool holder 22 and drive shaft 11 is the joint 14 , It leaves both displacements across and tilting relative to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 to. Regarding longitudinal forces and a drive torque in the direction of rotation of the drive shaft 11 it is designed as stiff as possible. Furthermore, between tool holder 22 and drive shaft 11 the control elements 15 . 15a . 16 and 16a in the radial direction, ie perpendicular to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 arranged. The control elements are designed in pairs as opponents ( 15 against 16 and 15a against 16a ) and can be biased against each other.

In 2 sind die beiden Grundformen der Aktuation dargestellt. Werden beispielsweise die beiden Stellelemente 15 und 15a gemeinsam kontrahiert, hingegen 16 und 16a gedehnt, so ergibt sich der dargestellte Querversatz des Werkzeugs 12 gegenüber der Antriebswelle 11, wobei die Längsachse 2 des Werkzeugs 12 parallel zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11 bleibt. Werden hingegen beispielsweise die beiden Stellglieder 15 und 16a gemeinsam kontrahiert, hingegen 16 und 15a gedehnt, so ergibt sich die dargestellte Verkippung der Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11. Eine kombinierte Ansteuerung der Verkippung und Parallelversetzung ist möglich und nur durch die maximalen Stellwege der Stellelemente 15, 15a, 16 und 16a beschränkt.In 2 the two basic forms of actuation are shown. For example, the two control elements 15 and 15a contracted together, however 16 and 16a stretched, the cross offset of the tool is shown 12 opposite the drive shaft 11 , the longitudinal axis 2 of the tool 12 parallel to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 remains. In contrast, for example, the two actuators 15 and 16a contracted together, however 16 and 15a stretched, the tilting of the longitudinal axis shown results 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 , A combined control of the tilt and parallel displacement is possible and only through the maximum travel of the control elements 15 . 15a . 16 and 16a limited.

In 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur axialen Translation des Werkzeugs 12 gegenüber der Antriebswelle 11 schematisch dargestellt.In 3 is an inventive device for axial translation of the tool 12 opposite the drive shaft 11 shown schematically.

Das Werkzeug 12 ist über eine Werkzeugaufnahme 22 mit der Antriebswelle 11 verbunden. Zwischen Werkzeugaufnahme 22 und Antriebswelle 11 befindet sich das Biegegelenk 14. Dieses lässt Versetzungen der Werkzeugaufnahme 22 in Richtung der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 zu, ist aber möglichst steif gegenüber Querkräften sowie des Antriebsmomentes ausgeführt. Parallel zum Biegegelenk ist ein Paar Stellelemente 15 und 16 in axialer Richtung, d.h. parallel zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11 angeordnet. Werden die Stellelemente 15 und 16 gemeinsam angesteuert, d.h. wie in der Figur beispielhaft dargestellt gedehnt, so resultiert eine axiale Translation des Werkzeugs 12 gegenüber der Antriebswelle 11.The tool 12 is about a tool holder 22 with the drive shaft 11 connected. Between tool holder 22 and drive shaft 11 is the flexible joint 14 , This leaves dislocations of the tool holder 22 in the direction of the axis of rotation 1 the drive shaft 11 closed, but is designed to be as stiff as possible with respect to transverse forces and the drive torque. There is a pair of control elements parallel to the flexible joint 15 and 16 in the axial direction, ie parallel to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 arranged. Become the control elements 15 and 16 Controlled together, ie stretched as shown in the figure by way of example, this results in an axial translation of the tool 12 opposite the drive shaft 11 ,

Für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen entsprechend den 1-3 können beliebige Werkzeugschnittstellen 22 verwendet werden. Bevorzugt werden aber Werkzeugschnittstellen 22 mit geringer Baulänge und kleiner zusätzlicher Masse eingesetzt, um den Hebelarm der Schnittkraft zu minimieren, das Massenträgheitsmoment der durch die Stellelemente 15 und 16 (sowie gegebenenfalls 15a und 16a) abgestützten und bewegten Komponenten zu verringern sowie die kritische Drehzahl der gesamten, erfindungsgemäßen Anordnung zu maximieren.For the devices according to the invention 1 - 3 can use any tool interfaces 22 be used. However, tool interfaces are preferred 22 used with a small overall length and small additional mass to minimize the lever arm of the cutting force, the mass moment of inertia caused by the control elements 15 and 16 (and optionally 15a and 16a) to support supported and moving components and to maximize the critical speed of the entire arrangement according to the invention.

In den 1–3 ist jeweils ein Längsschnitt der Vorrichtungen dargestellt. Die Vorrichtungen sind jeweils symmetrisch bezüglich der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 wobei die Stellelemente 15, 15a, 16 und 16a sich paarweise gegenüberliegen und paarweise als Gegenspieler arbeiten (15 gegen 16 und 15a gegen 16a), woraus sich eine gerade Anzahl von Stellelementen in Umfangsrichtung und eine entsprechend geradzahlige Rotationssymmetrie bezüglich der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 ergibt. Möglich sind aber auch ungerade Anzahlen der Stellelemente in Umfangsrichtung, wobei sich die Stellelemente nicht paarweise gegenüberliegen, mit einer entsprechend einfachen, dreifachen, oder noch höheren Rotationssymmetrie bezüglich der Drehachse 1 der Antriebswelle 11.In the 1 - 3 a longitudinal section of the devices is shown. The devices are each symmetrical with respect to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 being the actuators 15 . 15a . 16 and 16a oppose each other in pairs and work in pairs as opponents (15 against 16 and 15a against 16a), resulting in an even number of adjusting elements in the circumferential direction and a corresponding even-numbered rotational symmetry with respect to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 results. However, odd numbers of the adjusting elements in the circumferential direction are also possible, the adjusting elements not lying opposite one another in pairs, with a correspondingly simple, triple or even higher rotational symmetry with respect to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 ,

In 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Spindel mit integrierter Vorrichtung zur Verkippung der Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 nicht maßstäblich als Schnitt in Längsrichtung dargestellt.In 4 is an embodiment of a spindle with an integrated device for tilting the longitudinal axis 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 not shown to scale as a longitudinal section.

Die Antriebswelle 11 der Bearbeitungseinheit ist über geeignete Lagereinheiten 19 drehbar um die Drehachse 1 gelagert. Der Antriebsmotor ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine an sich bekannte Motorspindel.The drive shaft 11 the processing unit is about suitable storage units 19 rotatable around the axis of rotation 1 stored. The drive motor is not shown for the sake of simplicity. It is a known motor spindle.

Das Werkzeug 12 ist im Inneren über das Festkörper-Biegegelenk 14 mit der Antriebswelle 11 verbunden. Sowohl Antriebswelle 11 als auch Werkzeug 12 und Festkörper-Biegegelenk 14 besitzen eine Bohrung 20 zur Kühlmittelzufuhr von der Rückseite der Antriebswelle 11 zum Werkzeug 12.The tool 12 is inside via the solid-state bending joint 14 with the drive shaft 11 connected. Both drive shaft 11 as well as tool 12 and solid-state flexible joint 14 have a hole 20 to supply coolant from the rear of the drive shaft 11 to the tool 12 ,

Die eigentliche Verstelleinheit wird durch die Piezostellelemente 15, das Festkörper-Biegegelenk 14, den Rahmen 18, die Federlamellenkupplung 17 und die Abstützung 21 gebildet. Die Federlamellenkupplung 17 verbindet die Antriebswelle 11 mit der Abstützung 21 und ist biegeweich bezüglich einer Verkippung der Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 um das Festkörper-Biegegelenk 14, aber steif gegenüber Querkräften sowie des Antriebsmomentes, d.h. in Drehrichtung der Antriebswelle, ausgeführt.The actual adjustment unit is through the piezo adjustment elements 15 , the solid-state bending joint 14 , the frame 18 , the spring multi-plate clutch 17 and the support 21 educated. The spring plate clutch 17 connects the drive shaft 11 with the support 21 and is flexible with respect to a tilt of the longitudinal axis 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 around the solid-state bending joint 14 , but stiff against transverse forces and the drive torque, ie in the direction of rotation of the drive shaft.

Die Piezostellelemente 15 sind zwischen dem Sockel 23 und dem Rahmen 18 unter Vorspannung angeordnet. Die Richtung der aktiven Dehnung der Piezostellelemente 15 ist radial, d.h. senkrecht zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11. Der Rahmen 18 stützt sich über die Federlamellenkupplung 17 an der Antriebswelle 11 ab und ist möglichst steif ausgeführt. Die Kraft der Piezostellelemente 15 wird werkzeugseitig über den Sockel 23 eingeleitet, d.h. die aktive lineare Dehnung der Piezostellelemente 15 wird entsprechend dem Abstand der Piezostellelemente 15 vom Festkörper-Biegegelenk 14 in eine Verdrehung des Sockels 23 um das Festkörper-Biegegelenk 14 umgewandelt, sodass die Längsachse 2 des Werkzeugs 12 gegenüber der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 verkippt wird. Die resultierende Verschiebung der Schneiden 13 des Werkzeugs 12 ergibt sich aus der aktiven linearen Dehnung der Piezostellelemente und dem Hebelverhältnis, das sich aus dem axialen Abstand der Schneiden 13 vom Festkörper-Biegegelenk 14 und dem axialen Abstand der Piezostellelemente 15 vom Festkörper-Biegegelenk 14 ergibt. Durch vorteilhafte Ausnutzung der geometrischen Längenverhältnisse wird hierbei eine vorteilhafte Hebelwirkung erzielt.The piezo actuators 15 are between the base 23 and the frame 18 arranged under tension. The direction of active expansion of the piezo actuators 15 is radial, ie perpendicular to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 , The frame 18 is supported by the spring plate clutch 17 on the drive shaft 11 and is as rigid as possible. The power of the piezo actuator 15 is on the tool side over the base 23 initiated, ie the active linear expansion of the piezo actuators 15 is according to the distance between the piezo actuators 15 from the solid-state bending joint 14 in a twist of the base 23 around the solid-state bending joint 14 converted so that the longitudinal axis 2 of the tool 12 opposite the axis of rotation 1 the drive shaft 11 is tilted. The resulting displacement of the cutting edges 13 of the tool 12 results from the active linear expansion of the piezo actuators and the lever ratio, which results from the axial distance between the cutting edges 13 from the solid-state bending joint 14 and the axial distance between the piezo actuators 15 from the solid-state bending joint 14 results. By advantageously utilizing the geometric aspect ratios, an advantageous leverage effect is achieved.

Die Anordnung ist rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse 1 der Antriebswelle 11, wobei eine gerade oder ungerade Anzahl von Piezostellelementen 15 in Umfangsrichtung möglich ist, woraus sich entsprechend eine einfache, zweifache oder noch höhere Rotationssymmetrie ergibt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind vier Piezostellelementen 15 in Umfangsrichtung angeordnet, woraus sich eine entsprechend vierfache Rotationssymmetrie bezüglich der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 ergibt. In einer Schnittebene senkrecht zur Drehachse 1 der Antriebswelle 11 entspricht dies einer kreuzförmigen Anordnung der Piezostellelementen 15.The arrangement is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 , where an even or odd number of piezo actuators 15 is possible in the circumferential direction, which accordingly results in a simple, double or even higher rotational symmetry. In a preferred embodiment, there are four piezo actuators 15 arranged in the circumferential direction, resulting in a corresponding fourfold rotational symmetry with respect to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 results. In a section plane perpendicular to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 this corresponds to a cross-shaped arrangement of the piezo setting elements 15 ,

Der Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der aus passivem Material, beispielsweise Stahl, besteht, kann einschließlich der Antriebswelle 11 und dem Werkzeug 12 ein- oder mehrstöckig sein, vorteilhafterweise ist er aber aus Gründen der Fertigung, der Montage der Piezostellelemente 15 sowie der Wechselbarkeit des Werkzeugs 12 mehrstöckig ausgeführt.The part of the device according to the invention, which consists of passive material, for example steel, can include the drive shaft 11 and the tool 12 be one or more floors, but it is advantageous for reasons of production, assembly of the piezo actuators 15 as well as the changeability of the tool 12 executed on several levels.

Für die in den 1–4 dargestellten Vorrichtungen spielt die Drehrichtung der Antriebswelle 11 für die Funktion der Vorrichtung keine Rolle.For those in the 1 - 4 shown devices plays the direction of rotation of the drive shaft 11 no role for the function of the device.

5 stellt ein Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dar. 5 schematically represents an embodiment of the method according to the invention.

Das Werkzeug 12 steht über den Schnittprozess 117 und den Regenerativeffekt 115 in Wechselwirkung mit dem Werkstück 116. Durch den Schnittprozess 117 wirkt auf Werkstück 116 und Werkzeug 12 eine wechselseitige Schnittkraft 120. Die resultierenden Werkstückverformungen 112 und Verschiebungen der Werkzeugschneiden 123 ergeben über den Regenerativeffekt 115 die Spandicke 121, die in den Schnittprozess 117 eingeht.The tool 12 stands above the cutting process 117 and the regenerative effect 115 in interaction with the workpiece 116 , Through the cutting process 117 acts on the workpiece 116 and tool 12 a reciprocal cutting force 120 , The resulting workpiece deformations 112 and displacements of the tool cutting edges 123 result from the regenerative effect 115 the chip thickness 121 involved in the cutting process 117 received.

Es handelt sich hierbei beispielhaft um eine an sich bekannte Wechselwirkung von Werkzeug 12 und Werkstück 116 in der zerspanenden Bearbeitung.This is an example of a known interaction of tools 12 and workpiece 116 in machining.

Das Werkzeug 12, die Stellelemente 15 sowie die Maschine und Spindel 111 sind erfindungsgemäß mechanisch verbunden und stehen somit in mechanischer Wechselwirkungen über mechanische Spannungen und Dehnungen bzw. Kräfte und Verschiebungen. Sowohl das rotierende Werkzeug 12 als auch die rotierenden Teile der Maschine und Spindel 111 werden durch Unwuchten dynamisch erregt. Eine mögliche weitere äußere Erregung ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.The tool 12 who have favourited Controls 15 as well as the machine and spindle 111 are mechanically connected according to the invention and are therefore in mechanical interactions via mechanical stresses and strains or forces and displacements. Both the rotating tool 12 as well as the rotating parts of the machine and spindle 111 are excited dynamically by imbalance. A possible further external excitation is not shown for the sake of simplicity.

Eine geeignete Sensorik 14a und 14b erfasst den Betriebs-, Verformungs-, Belastungs- und Schwingungszustandes von Werkzeug 12 sowie Maschine und Spindel 111. Weiterhin ist auch eine Sensorik 114c zur Erfassung des Verformungs-, Belastungs- und Schwingungszustandes des Werkstücks 116 möglich. Die Messsignale der Sensorik 114a–c werden vom Regler 113 erfasst und als elektrische Ansteuerungssignale an die Stellelemente 15 weitergeleitet.A suitable sensor system 14a and 14b records the operating, deformation, load and vibration status of tools 12 as well as machine and spindle 111 , There is also a sensor system 114c for recording the deformation, load and vibration status of the workpiece 116 possible. The measurement signals from the sensors 114a-c are from the controller 113 detected and as electrical control signals to the actuators 15 forwarded.

Werden als Stellelemente 15 Piezostellelemente eingesetzt, können diese als Sensoren verwendet werden. Hierfür wird die auf die Piezostellelemente 15 wirkende Kraft mittels des Piezoeffektes in den Piezostellelementen 15 als elektrische Spannung registriert und dem Regler 113 zugeführt.Are used as control elements 15 Piezo control elements used, these can be used as sensors. For this, the on the piezo actuator 15 acting force by means of the piezo effect in the piezo actuators 15 registered as electrical voltage and the regulator 113 fed.

Claims (17)

Vorrichtung 99 zur Werkstückbearbeitung mit rotierenden Werkzeugen, insbesondere zur zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide dadurch gekennzeichnet, dass eine im drehenden System zwischen Antriebswelle 11 und Werkzeug 12 angebrachte Verstelleinheit die dynamische Bewegung des Werkzeugs 12 relativ zur Antriebswelle 11 ermöglicht.contraption 99 for workpiece processing with rotating tools, in particular for machining workpieces made of metallic and non-metallic materials with a geometrically determined or undefined cutting edge, characterized in that in the rotating system between the drive shaft 11 and tool 12 attached adjustment unit the dynamic movement of the tool 12 relative to the drive shaft 11 allows. Vorrichtung 99 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Festkörperstellelement 15 zwischen Antriebswelle 11 und Werkzeug 12 angebracht und axial, radial oder beliebig geneigt bezüglich der Drehachse 1 der Antriebswelle 11 angeordnet ist.contraption 99 according to claim 1, characterized in that at least one solid-state control element 15 between drive shaft 11 and tool 12 attached and axially, radially or arbitrarily inclined with respect to the axis of rotation 1 the drive shaft 11 is arranged. Vorrichtung 99 nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Festkörperstellelement 15 Piezostellelemente in vorgespanntem Zustand eingesetzt werden.contraption 99 according to claim 2, characterized in that as a solid-state control element 15 Piezo actuating elements are used in the pre-tensioned state. Vorrichtung 99 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Antriebswelle 11 und Werkzeug 12 mindestens ein Gelenk 14 angebracht ist, das als formschlüssiges Gelenk oder als Festkörpergelenk ausgebildet sein kann.contraption 99 according to one or more of the preceding claims, characterized in that between the drive shaft 11 and tool 12 at least one joint 14 is attached, which can be designed as a positive joint or as a solid joint. Vorrichtung 99 nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bohrung 20 in der Gelenkverbindung 14 für die Zufuhr von Kühlmittel zum Werkzeug 12 angebracht ist.contraption 99 according to claim 4, characterized in that at least one bore 20 in the articulation 14 for the supply of coolant to the tool 12 is appropriate. Vorrichtung 99 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der unterschiedlichen Lastpfade und zur Erreichung einer möglichst großen Steifigkeit eine Federlamellenkupplung 17 als Biegegelenk eingesetzt wird.contraption 99 according to one or more of the preceding claims, characterized in that to separate the different load paths and to achieve the greatest possible rigidity, a spring plate clutch 17 is used as a flexible joint. Vorrichtung 99 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federlamellenkupplung 17 in Kombination mit einem Festkörpergelenk 14 als Biegegelenk eingesetzt wird.contraption 99 according to one or more of the preceding claims, characterized in that a spring plate clutch 17 in combination with a solid body joint 14 is used as a flexible joint. Vorrichtung 99 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente 15 zumindest teilweise von einem Rahmen 18 umschlossen sind, der die auftretenden Fliehkräfte aufnimmt und insbesondere ausreichende Vorspannung für Piezostellelemente sicherstellt.contraption 99 according to one or more of the preceding claims, characterized in that the adjusting elements 15 at least partially from a frame 18 are enclosed, which absorbs the centrifugal forces that occur and, in particular, ensures sufficient pretension for piezo actuating elements. Vorrichtung 99 nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen 18 sich zur Erhöhung der Steifigkeit und zur Verbesserung der Krafteinleitung durch die Stellelemente gegen die angrenzenden Bauteile der Antriebswelle 11, des Festkörpergelenkes 14 oder der Werkzeugaufnahme bzw. des Werkzeugs 12 abstützt.contraption 99 according to claim 8, characterized in that the frame 18 itself to increase the rigidity and improve the introduction of force by the adjusting elements against the adjacent components of the drive shaft 11 , the solid-state joint 14 or the tool holder or the tool 12 supported. Vorrichtung 99 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale geeigneter Sensoren 114 zur Erfassung des Verformungs-, Belastungs- und Schwingungszustandes sowie sonstigen Betriebszustandes einem geeigneten Regler 113 zum Erzeugen eines Signals zur Ansteuerung der Stellelemente 15 zuführbar sind.contraption 99 according to one or more of the preceding claims, characterized in that the output signals of suitable sensors 114 a suitable controller for recording the deformation, load and vibration status as well as other operating status 113 to generate a signal to control the control elements 15 are feedable. Verfahren 98 zur Werkstückbearbeitung mit rotierenden Werkzeugen, insbesondere zur zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Werkzeug 12 relativ zur Antriebswelle 11 dynamisch bewegt wird.method 98 for workpiece processing with rotating tools, in particular for machining workpieces made of metallic and non-metallic materials with geometrically determined or undefined cutting edge, characterized in that the rotating tool 12 relative to the drive shaft 11 is moved dynamically. Verfahren 98 nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus geeigneten Messgrößen für den Verformungs-, Belastungs- und Schwingungszustand sowie sonstigen Betriebszustand der Vorrichtung 99 entsprechend einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 sowie der damit mechanisch verbundenen Antriebsspindel 11 und des Werkzeugs 12 mit Hilfe eines geeigneten Reglers 113 Signale zur Ansteuerung der einzelnen Stellelemente 15 ermittelt werden.method 98 according to claim 11, characterized in that from suitable measurement variables for the deformation, load and vibration state and other operating state of the device 99 according to one or more of claims 1 to 10 and the drive spindle mechanically connected thereto 11 and the tool 12 with the help of a suitable controller 113 Signals to control the individual control elements 15 be determined. Verfahren 98 nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelementen 15 zur gleichzeitigen Aufnahme des Betriebs-, Verformungs-, Belastungs- und Schwingungszustandes, insbesondere mittels Piezoeffekt, verwendet werden.method 98 according to claim 11 or 12, characterized in that the adjusting elements 15 for the simultaneous recording of the operating, deformation, load and vibration state, in particular by means of a piezo effect. Verfahren 98 nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbesserung der Fertigungsgenauigkeit des Werkstücks erreicht wird.method 98 according to claim 11, 12 or 13, characterized in that an improvement in the manufacturing accuracy of the workpiece is achieved. Verfahren 98 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktion von Schwingungen in Werkstück oder Werkzeugmaschine, insbesondere bei der zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide eine Stabilisierung des Schnittprozesses und eine Reduktion von Instabilitäten (Rattern), erreicht wird.method 98 according to one or more of the preceding claims, characterized in that a reduction of vibrations in the workpiece or machine tool, in particular in the machining of workpieces made of metallic and non-metallic materials with geometrically determined or undefined cutting edge, a stabilization of the cutting process and a reduction of instabilities (chattering ) is achieved. Verfahren 98 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktion der in der Antriebsspindel und insbesondere deren Lagern auftretenden Belastungen erreicht wird.method 98 according to one or more of the preceding claims, characterized in that a reduction in the loads occurring in the drive spindle and in particular its bearings is achieved. Verfahren 98 nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Überlagerung einer geeignet vorgegebenen Bewegung des Werkzeugs mit der rotationsbedingten Kreisbewegung der Schneiden entsprechend der geometrischen Anordnung der Schneiden auf dem Werkzeug eine spezielle Kontur, Welligkeit bzw. Musterung der bearbeiteten Werkstückoberfläche erreicht wird.method 98 according to one or more of the preceding claims, characterized in that a special contour, waviness or pattern of the machined workpiece surface is achieved by superimposing a suitably predetermined movement of the tool with the rotation-related circular movement of the cutting edges in accordance with the geometric arrangement of the cutting edges on the tool.
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