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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
internationale Anmeldung nimmt Bezug auf die vorhergehende provisorische
US-Anmeldung 60/892,492, eingereicht am 01.03.2007, und die vorhergehende
reguläre US-Patentanmeldung 12/040,689, eingereicht am
29.02.2008. Der gesamte Gehalt der vorstehend genannten Patentanmeldungen
wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Werkzeugmaschinen,
und in vielen Ausführungsformen ferner das Gebiet der numerisch
computergesteuerten Maschinen und der entsprechenden Verfahren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Das
Radabrichten ist ein integraler Bestandteil des Schleifvorgangs
in einer numerisch computergesteuerten Maschine. Während
eines Schleifvorgangs kann die Oberfläche des Rades zerstört
oder verstopft werden. In einem Abrichtvorgang wird das Schleifrad
abgerichtet, um eine neue Schleifoberfläche freizulegen.
Das Abrichten wird erreicht durch das Zusammenwirken des Schleifrades
mit einem Radabrichter.
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Schleifräder
können in herkömmlichen Schleifvorgängen
oder beim so genannten ”Viper”-Schleifen verwendet
werden. Beim ”Viper”-Schleifen wird das Schleifrad
mit hohen Geschwindigkeiten dem Werkstück zugeführt,
so dass ein relativ hoher Materialabtrag von dem Werkstück erzielt
wird, verglichen zu dem Materialabtrag bei herkömmlichen
Schleifvorgängen. ”Viper”-Schleifen ist
typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass ein poröses
Schleifrad verwendet wird, sowie eine Kühlmitteldüse,
welche Kühlmittel auf das Schleifrad mit Kühlmitteldrücken
aufsprüht, die höher sind als gewöhnlich.
Herkömmliche Kühlmitteldrücke in einer CNC-Maschine
betragen etwa 100 PSI; beim ”Viper”-Schleifen
kann der Druck annäherungsweise 1.000 PSI betragen. ”Viper”-Schleifen
wird genauer in dem
US-Patent
6,123,606 be schrieben, welches hiermit durch Bezugnahme
in seiner Gesamtheit eingeschlossen wird, und welches einen Schleifvorgang offenbart.
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Bei ”Viper”-Schleifvorgängen
wird das Schleifrad schnell abgetragen. Das Materialvolumen, das
von einem Werkstück entfernt wird, kann in Beziehung gesetzt
werden zu dem Volumen des Materials, das von einem Schleifrad bei
einer Messung entfernt wird, bekannt als G-Verhältnis.
Während bei herkömmlichen Schleifvorgängen
ein G-Verhältnis von etwa 100:1 typisch ist, zeigen ”Viper”-Schleifvorgänge
oft ein G-Verhältnis von etwa 4:1. Dementsprechend ist
das Abrichten typischerweise in viel häufigeren Intervallen
erforderlich als bei herkömmlichen Schleifvorgängen.
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Herkömmliche
CNC-Maschinen verwenden einen stationären Radabrichter.
Die herkömmliche Anordnung ist wirksam zum Abrichten des
Schleifrades, kann jedoch den Abrichtvorgang zeitaufwändig machen.
Dies ist insbesondere der Fall in Verbindung mit ”Viper”-Schleifvorgängen,
in welchen das Abrichten häufig erfolgt. Es wurden daher
Anstrengungen unternommen, den vorstehend genannten Nachteil zu überwinden.
Das
US-Patent 6,666,748 ,
von Makino Milling Machines Company, Ltd., schlägt ein
Bearbeitungszentrum vor, welches ein speziell konstruiertes Abrichtwerkzeug
umfasst, das über dem Spindelkopf des Bearbeitungszentrums
angeordnet ist. Dieses Abrichtwerkzeug unterstützt den
automatischen Abrichtvorgang.
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Die
vorliegende Erfindung zielt in einigen Ausführungsformen
auf die Schaffung einer Maschine sowie gemäß anderen
Ausführungsformen auf die Schaffung eines Verfahrens ab,
welche sich von der vorstehend beschriebenen herkömmlichen
Anordnung sowie von der Vorrichtung und dem Verfahren unterscheiden,
die in dem
US-Patent 6,666,748 beschrieben
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Maschine umfasst gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ein Schleifrad und einen Radabrichter, welcher Radabrichter
beweglich ist bezüglich einer Basis einer Maschine und
entlang zumindest zwei Translationsachsen relativ zu dem Schleifrad
beweglich ist. Beispielsweise kann der Radabrichter auf einem Revolverkopf
der Maschine angeordnet sein, welcher Revolverkopf in den X- und Z-Richtungen
beweglich ist. In einigen Ausfüh rungsformen kann der Revolverkopf
in den X-, Y- und Z-Richtungen beweglich sein.
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In
anderen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Abrichten
eines Schleifrades geschaffen. Das Verfahren umfasst die Schaffung
einer Vorrichtung, welche eine Abrichtfläche umfasst, die
in zumindest zwei linearen Achsen relativ zu dem Schleifrad beweglich
ist, und das Bewegen des Schleifrades relativ zu der Abrichtfläche,
so dass das Schleifrad in Berührung mit der Abrichtfläche
zum Abrichten des Schleifrads gebracht wird. Das Abrichten kann
ein kontinuierliches Abrichten oder ein intermittierendes Abrichten
sein.
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Die
Möglichkeit, dass Abrichtrad entlang zumindest zwei Translationsachsen
relativ zu dem Schleifrad zu bewegen, schafft eine Anzahl von Vorteilen.
In einigen Ausführungsformen können mehrere Abrichtflächen
vorgesehen sein, wobei jede Abrichtfläche einem gewünschten
Oberflächenprofil des Schleifrads entspricht. Einer der
Radabrichter kann in Kontakt oder außer Kontakt mit dem
Schleifrad gebracht werden, und ein zweiter der Radabrichter kann
in Kontakt oder außer Kontakt mit demselben Schleifrad
oder einem anderen Schleifrad gebracht werden. In vielen Ausführungsformen
sind die Rotationsgeschwindigkeit des Radabrichters und/oder des
Schleifrads durch Steuerung mittels eines Rechnersteuersystems einstellbar,
wodurch die Geschwindigkeit des Radabrichters eingestellt werden kann,
während der Durchmesser des Schleifrades bei der Verwendung
reduziert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Vorderansicht einer numerisch computergesteuerten Maschine
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, gezeigt mit geschlossenen Sicherheitstüren;
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2 ist
eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine, die
in 1 dargestellt ist, gezeigt mit offenen Sicherheitstüren;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht bestimmter innerer Bauteile der numerisch
computergesteuerten Maschine, die in den 1 und 2 dargestellt
ist, und der Darstellung einer Bearbeitungsspindel, eines ersten
Spannfutters, eines zweiten Spannfutters und eines Revolverkopfs;
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4 ist
eine gegenüber 3 vergrößerte perspektivische
Ansicht der Bearbeitungsspindel und der horizontal und vertikal
angeordneten Schienen, mittels welcher die Spindel verschoben werden
kann;
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5 ist
eine Seitenansicht des ersten Spannfutters, der Bearbeitungsspindel
und des Revolverkopfs des in 1 dargestellten
Bearbeitungszentrums;
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6 ist
eine Ansicht ähnlich zu 5, in welcher
jedoch die Bearbeitungsspindel entlang der Y-Achse verschoben ist;
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7 ist
eine Vorderansicht der Spindel, des ersten Spannfutters und des
zweiten Spannfutters der numerisch computergesteuerten Maschine
aus 1, einschließlich einer Linie, welche
den erlaubten Weg einer Rotationsbewegung dieser Spindel darstellt;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht des zweiten Spannfutters aus 3,
welche gegenüber 3 vergrößert
ist;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht des ersten Spannfutters und des Revolverkopfs,
die in 2 dargestellt sind, unter Darstellung der Bewegung
des Revolverkopfs und des Revolverkopflagers entlang der Z-Achse
relativ zu der Position des Revolverkopfs in 2;
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10 ist
eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine aus 1,
gezeigt mit einem Abrichtrad, das in dem zweiten Spannfutter angeordnet
ist, und einem Schleifrad, das in der Spindel angeordnet ist;
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11 ist
eine Vorderansicht der in 1 dargestellten
numerisch computergesteuerten Maschine, gezeigt mit einem Schleifrad in
der oberen Spindel und einem Abrichtrad auf dem Revolverkopf;
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12 ist
eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine aus 1,
mit einem Schleifrad, das auf der oberen Spindel angeordnet ist,
und einem Abrichtrad, das konzentrisch um den zweiten Revolverkopf
angeordnet ist;
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13 ist
eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine, welche
eine Ausführungsform eines kontinuierlichen Abrichtvorgangs zeigt;
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14 ist
eine Darstellung des Abrichtrads, des Schleifrads und des Werkstücks
der numerisch computergesteuerten Maschine aus 13;
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15 ist
eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine, welche
einen zweiten kontinuierlichen Abrichtvorgang zeigt;
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16 ist
eine Darstellung des Abrichtrads, des Schleifrads und des Werkstücks
der numerisch computergesteuerten Maschine aus 15;
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17 ist
eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine, welche
einen dritten kontinuierlichen Abrichtvorgang zeigt;
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18 ist
eine Vorderansicht der numerisch computergesteuerten Maschine, welche
eine Ausführungsform eines intermittierenden Schleifvorgangs
zeigt;
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19A bis 19C sind
perspektivische Ansichten unterschiedlicher Schleifräder,
die in Verbindung mit Schleifvorgängen in einer numerisch computergesteuerten
Maschine Verwendung finden können;
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20 ist
eine Seitenansicht eines Revolverkopfs, der mehrere hintereinander
angeordnete Radabrichter zeigt.
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Die
Fig. sind nicht maßstäblich dargestellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Jede
geeignete Vorrichtung kann in Verbindung mit den erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden. In einigen Ausführungsformen
werden die Verfahren unter Einsatz einer numerisch computergesteuerten
Maschine durchgeführt, die allgemein in den 1 bis 9 dargestellt
ist. Eine numerisch computergesteuerte Maschine ist selbst in anderen Ausführungsformen
der Erfindung vorgesehen. Die Maschine 100, die in den 1 bis 9 dargestellt ist,
ist eine Maschine der NT-Serie, von welcher Versionen von Mori Seiki
USA, Inc. erhältlich sind, welche die Anmelderin der vorliegenden
Anmeldung ist. Weitere geeignete numerisch computergesteuerte Maschinen
sind die Maschinen der NL-Serie mit Revolverkopf (nicht dargestellt),
ebenfalls erhältlich von Mori Seiki USA, Inc. Andere Maschinen
können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
einschließlich der NZ-, NH-, NV- und NMV-Maschine, ebenfalls
erhältlich von Mori Seiki USA, Inc.
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Wie
bei einer Maschine der NT-Serie, wie sie in den 1 bis 3 dargestellt
ist, umfasst im allgemeinen eine numerisch computergesteuerte Maschine 100 zumindest
einen ersten Halter und einen zweiten Halter, von denen jeder ausgewählt
sein kann aus einem Spindelhalter, der mit einer Spindel 144 verbunden
ist, einem Revolverkopfhalter, der einem Revolverkopf 108 zugeordnet
ist, oder einem Spannfutter 110, 112. In der Ausführungsform,
die in den Fig. dargestellt ist, ist die numerisch computergesteuerte
Maschine 100 mit einer Spindel 144, einem Revolverkopf 108,
einem ersten Spannfutter 110 und einem zweiten Spannfutter 112 ausgestattet.
Die numerisch computergesteuerte Maschine 100 umfasst ferner
ein Rechnersteuersystem, das operativ mit dem ersten Halter und
dem zweiten Halter gekoppelt ist, zur Steuerung der Halter, wie
weiter unten näher beschrieben wird. Es versteht sich,
dass gemäß einigen Ausführungsformen
die numerisch computergesteuerte Maschine 100 nicht alle
der vorstehend genannten Komponenten umfassen muss, und gemäß anderen
Ausführungsformen kann die numerisch computergesteuerte Maschine 100 zusätzliche
Komponenten beinhalten, die über die zuvor beschriebenen
hinausgehen.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst die
numerisch computergesteuerte Maschine 100 eine Bearbeitungskammer 116,
in welcher verschiedene Operationen an einem Werkstück (nicht
dargestellt) vorgenommen werden können. Jedes Element der
Spindel 144, des Revolverkopfs 108, des ersten
Spannfutters 110 und des zweiten Spannfutters 112 können
vollständig oder teilweise innerhalb der Bearbeitungskammer 116 angeordnet sind.
In der gezeigten Ausführungsform trennen zwei bewegliche
Sicherheitstüren 118 den Benutzer von der Kammer 116,
um Verletzungen des Benutzers oder Störungen des Betriebs
der numerisch computergesteuerten Maschine 100 zu vermeiden.
Die Sicherheitstüren 118 können geöffnet
sein, um einen Zugang zur Kammer 116 zu ermöglichen,
wie in 2 dargestellt ist. Die numerisch computergesteuerte
Maschine 100 wird im folgenden mit Bezug auf drei orthogonal
zueinander orientierte lineare Achsen (X, Y und Z) beschrieben,
die in 4 dargestellt sind und im folgenden genauer erläutert
werden. Rotationsachsen um die X-, Y- und Z-Achsen werden jeweils
als ”A”-, ”B”- und ”C”-Rotationsachsen
bezeichnet.
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Die
numerisch computergesteuerte Maschine 100 ist mit einem
Rechnersteuersystem zur Steuerung der unterschiedlichen Instrumente
innerhalb der numerisch computergesteuerten Maschine ausgestattet.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Maschine mit zwei
miteinander verbundenen Computersystemen versehen, nämlich
einem ersten Computersystem mit einem Benutzerschnittstellensystem
(in 1 allgemein mit 114) bezeichnet, und einem
zweiten Computersystem (nicht dargestellt), das operativ mit dem
ersten Computersystem verbunden ist. Das zweite Computersystem steuert
unmittelbar die Operationen der Spindel, des Revolverkopfs und der
anderen Instrumente der Maschine, während das Benutzerschnittstellensystem 114 einem
Operator erlaubt, das zweite Computersystem zu steuern. Zusammengenommen
können das Maschinensteuersystem und das Benutzerschnittstellensystem
zusammen mit den unterschiedlichen Mechanismen zur Steuerung der
Operationen der Maschine als ein einziges Rechnersteuersystem betrachten
werden. In einigen Ausführungsformen bedient der Benutzer
das Benutzerschnittstellensystem zur Vornahme einer Programmierung
der Maschine; in anderen Ausführungsformen können
Programme aus externen Quellen geladen oder in die Maschi ne übertragen
werden. Es wird beispielsweise angenommen, dass Programme über
eine PCMCIA-Schnittstelle, eine RS-232-Schnittstelle, eine Universal
Serial Bus Schnittstelle (USB), oder über eine Netzwerkschnittstelle,
insbesondere eine TCP/IP-Netzwerk-Schnittstelle geladen werden können.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann
eine Maschine über herkömmliche PLC-(programmierbare
Logiksteuerungs-)Mechanismen gesteuert werden (nicht dargestellt).
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Wie
weiter in den 1 und 2 dargestellt
ist, kann die numerisch computergesteuerte Maschine 100 ein
Werkzeugmagazin 142 und eine Werkzeugwechseleinrichtung 143 umfassen.
Diese wirken mit der Spindel 144 derart zusammen, dass die
Spindel mit mehreren Schneidwerkzeugen betrieben werden kann (gezeigt
in 1 als Werkzeug 102'). Im allgemeinen
kann eine Vielfalt von Schneidwerkzeugen vorgesehen sein; in einigen
Ausführungsformen können mehrere Werkzeuge des
gleichen Typs vorgesehen sein.
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Die
Spindel 144 ist auf einer Wagenanordnung 120 montiert,
welche eine Translationsbewegung entlang der X- und Z-Achsen zulässt,
und auf einem Bock 132, der es ermöglicht, dass
die Spindel 144 entlang der Y-Achse bewegt wird. Der Bock 132 ist
mit einem Motor ausgestattet, der eine Rotation der Spindel um die
B-Achse ermöglicht, wie im folgenden noch näher
beschrieben wird. Wie dargestellt, umfasst die Wagenanordnung einen
ersten Wagen 124, der auf zwei vertikalen Gewindeschienen
reitet (eine Schiene als 126 dargestellt), so dass der
erste Wagen 124 und die Spindel 144 entlang der X-Achse
verschoben werden können. Die Wagenanordnung umfasst ferner
einen zweiten Wagen 128, der auf zwei horizontal angeordneten
Gewindeschienen reitet (eine davon in 3 mit 130 bezeichnet), um
eine Bewegung des zweiten Wagens 128 und der Spindel 144 entlang
der Z-Achse zu ermöglichen. Jeder Wagen 124, 128 wirkt
mit den Schienen über mehrere Kugelspindeleinrichtungen
zusammen, wodurch eine Rotation der Schiene 126, 130 eine
Translation des Wagens jeweils in der X- oder Z-Richtung verursacht.
Die Schienen sind mit Motoren 170 und 172 für
die jeweils horizontal und vertikal angeordneten Schienen ausgestattet.
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Die
Spindel 144 hält das Schneidwerkzeug 102 mittels
einer Spindelverbindung und einem Werkzeughalter 106. Die
Spindelverbindung 154 (in 2 dargestellt)
ist mit der Spindel 144 verbunden und innerhalb der Spindel 144 enthalten.
Der Werkzeughalter 106 ist mit der Spindelverbindung 145 verbunden
und hält das Schneidwerkzeug 102. Verschiedene
Arten von Spindelverbindungen sind nach dem Stand der Technik bekannt
und können im Rahmen der numerisch computergesteuerten
Maschine 100 verwendet werden. Typischerweise ist die Spindelverbindung 145 innerhalb
der Spindel 144 für die gesamte Lebensdauer der
Spindel enthalten. Eine Zugangsplatte 122 für
die Spindel 144 ist in den 5 und 6 dargestellt.
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Das
erste Spannfutter 110 ist mit Klauen 136 ausgestattet
und in einem Lager 150 angeordnet, welches bezüglich
der Basis 111 der numerisch computergesteuerten Maschine 100 stationär
ist. Das zweite Spannfutter 112 ist ebenfalls mit Klauen 137 ausgestattet,
doch das zweite Spannfutter 112 ist bezüglich
der Basis 111 der numerisch computergesteuerten Maschine 100 beweglich.
Genauer gesagt, die Maschine 100 ist mit Gewindeschienen 138 und Motoren 139 zur
Translation des zweiten Lagers 152 entlang der Z-Richtung über
einen Kugelspindelmechanismus ausgestattet, wie zuvor beschrieben.
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Um
eine Spanentfernung zu unterstützen, ist das Lager 152 mit
einer geneigten Endfläche 174 und einem Seitenrahmen 176 mit
Z-geneigten Oberflächen 177, 178 versehen.
Hydraulische Steuerungen und entsprechende Anzeigen für
die Spannfutter 110, 112, können vorgesehen
sein, wie etwa Druckanzeigen 182 und die Steuerknöpfe 184,
die in den 1 und 2 dargestellt
sind. Jedes Lager ist mit einem Motor (jeweils 161, 162)
zur Drehung des Spannfutters ausgestattet.
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Der
Revolverkopf 108, der am besten in den 5, 6 und 9 dargestellt
ist, ist in einem Revolverkopflager 146 (5)
montiert, das ebenfalls in Schienen 138 eingreift und wiederum über
Kugelspindeleinrichtungen in Z-Richtung verschoben werden kann.
Der Revolverkopf 108 ist mit verschiedenen Revolverkopfverbindern 134 versehen,
wie in 9 dargestellt ist. Jeder Revolverkopfverbinder 134 kann
mit einem Werkzeughalter 135 oder einer anderen Verbindung
zum Verbinden mit einem Schneidwerkzeug verbunden werden. Da der
Revolverkopf 108 eine Vielfalt von Revolverkopfverbindern 134 und
Werkzeughaltern 135 aufweisen kann, kann eine Vielfalt
verschiedener Schneidwerkzeuge gehalten und durch den Revolverkopf 108 betrieben
werden. Der Revolverkopf 108 kann um eine C-Achse gedreht
werden, um unter schiedliche Werkzeughalter einem Werkzeug zu präsentieren
(und somit in vielen Ausführungsformen unterschiedliche
Werkzeuge).
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Es
ist somit ersichtlich, dass eine große Bandbreite vielfältiger
Operationen durchgeführt werden kann. Mit Bezug auf ein
Werkzeug 102, das in dem Werkzeughalter 106 gehalten,
kann ein solches Werkzeug 102 in Anlage an ein Werkstück
(nicht dargestellt) gebracht werden, das durch eines oder beide
Spannfutter 110, 112 gehalten wird. Wenn es notwendig
oder erwünscht ist, das Werkzeug 102 zu wechseln,
kann ein Ersatzwerkzeug 102 von dem Werkzeugmagazin 142 durch
die Werkzeugwechseleinrichtung 143 geholt werden. Mit Bezug
auf die 4 und 5 kann die
Spindel 144 in den X- und Z-Richtungen (in 4 gezeigt)
und der Y-Richtung (in den 5 und 6 gezeigt)
verschoben werden. Die Rotation um eine B-Achse ist in 7 dargestellt,
wobei die dargestellte Ausführungsform eine Rotation innerhalb
eines Bereichs von 120° zu jeder Seite gegenüber
der Vertikalen zulässt. Eine Bewegung in der Y-Richtung
und die Rotation um die B-Achse sind durch Motoren (nicht dargestellt)
angetrieben, die hinter dem Wagen 124 angeordnet sind. Im
allgemeinen, wie in den 2 und 7 dargestellt
ist, ist die Maschine mit einer Anzahl vertikal angeordneter Platten 180 und
horizontal angeordneter Platten 181 ausgestattet, um eine
Wand der Kammer 116 zu bilden und um zu verhindern, dass
Späne aus der Kammer austreten.
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Die
Komponenten der Maschine 100 sind nicht auf die zuvor beschriebenen
Komponenten beschränkt. Beispielsweise kann in einigen
Fällen ein zusätzlicher Revolverkopf vorgesehen
sein. In anderen Fällen können zusätzliche
Spannfutter und/oder Spindeln vorgesehen sein. Im allgemeinen ist
die Maschine mit einem oder mehreren Mechanismen zur Einführung
einer Kühlflüssigkeit in die Kammer 116 versehen.
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In
der dargestellten Ausführungsform ist die numerisch computergesteuerte
Maschine 100 mit einer Anzahl von Haltern ausgestattet.
Das Spannfutter 110 in Kombination mit den Klauen 136 bildet
einen Halter, so wie auch das Spannfutter 112 in Kombination
mit den Klauen 137. In vielen Fällen werden diese
Halter auch dazu verwendet, ein Werkstück zu halten. Beispielsweise
können die Spannfutter und die zugeordneten Lager nach
Art einer Drehbank als Spindelstock und optionaler Reitstock für
ein rotierendes Werkstück funktionieren. Die Spindel 144 und die
Spindelverbindung 145 bilden einen weite ren Halter. In
gleicher Weise bietet der Revolverkopf 108, wenn er mit
verschiedenen Revolverkopfverbindern 134 ausgestattet ist,
eine Anzahl von Haltern (in 9 dargestellt).
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Die
numerisch computergesteuerte Maschine 100 kann jedes aus
einer Anzahl verschiedener Arten von Schneidwerkzeugen verwenden,
die nach dem Stand der Technik bekannt sind oder in anderer Weise
als geeignet befunden werden. Beispielsweise kann das Schneidwerkzeug 102 ein
Fräswerkzeug, ein Bohrwerkzeug, ein Schleifwerkzeug, ein
Klingenwerkzeug, ein Hobelwerkzeug, ein Drehwerkzeug oder jede andere
Art von Schneidwerkzeug sein, das in Verbindung mit einer numerisch
computergesteuerten Maschine 100 als geeignet betrachtet
wird.
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Wie
zuvor beschrieben, kann die numerisch computergesteuerte Maschine 100 mit
mehr als einer Art von Schneidwerkzeug versehen sein, und durch die
Mechanismen der Werkzeugwechseleinrichtung 143 und des
Magazins 142 kann die Spindel 144 ein Werkzeug
gegen ein anderes austauschen. In gleicher Weise kann der Revolverkopf 108 mit
einem oder mehreren Schneidwerkzeugen 102 ausgestattet sein
und der Operator kann zwischen Schneidwerkzeugen 102 umschalten,
indem eine Rotation des Revolverkopfs 108 verursacht wird,
um einen neuen Werkzeugverbinder 134 in die geeignete Position
zu bringen.
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Weitere
Merkmale einer numerisch computergesteuerten Maschine können
beispielsweise ein Luftgebläse zum Reinigen und zur Entfernung
von Spänen umfassen, sowie verschiedene Kameras, Werkzeugkalibriereinrichtungen,
Sonden, Sondenaufnehmer und Beleuchtungseinrichtungen. Die numerisch
computergesteuerte Maschine, die in 1 bis 9 dargestellt
ist, ist nicht die einzige für die Erfindung geeignete
Maschine, sondern es werden auch andere Ausführungsformen
in Betracht gezogen.
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Eine
Maschine wie zuvor beschrieben kann in Verbindung mit einem Schleifrad 202 und
einem Radabrichter verwendet werden. Das Schleifrad 202 kann
ein scheibenförmiges Objekt mit gleichförmigem
kreisförmigem Querschnitt sein, aber es ist anzunehmen,
dass andere derartige Räder verwendet werden können.
Viele Schleifräder sind im allgemeinen kreisförmig,
weisen jedoch ein geformtes Kantenprofil auf, und viele Schleifräder
haben eine nicht zylindrische Form (beispielsweise sind einige kegelstumpfförmig).
Es wird angenommen, dass der Querschnitt des Schleifrads nicht kreisförmig
sein muss.
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Ein
typischer Abrichter umfasst ein Abriebmaterial, wie etwa eine Diamantkörnung,
galvanisiert oder auf andere Weise auf einer Rotationswalze angebracht.
Es versteht sich jedoch, dass andere Formen innerhalb des Rahmens
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In
gleicher Weise hat der Radabrichter allgemein eine ringförmige
oder zylindrische Ausbildung, doch es sind andere Formen möglich.
Wie beispielsweise in 12 gezeigt ist, kann der Radabrichter 200C eine
ringförmige Form annehmen und konzentrisch um das zweite Spannfutter 112 angeordnet
sein.
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Gemäß 10 ist
der Radabrichter, der in der gezeigten Ausführungsform
die Form eines Abrichtrads 200A annimmt, auf dem zweiten
Spannfutter 112 der Maschine angeordnet und bezüglich
einer Basis der Maschine beweglich. Das Schleifrad 202 ist auf
der Spindel 144 angeordnet. Durch die Möglichkeit,
die Spindel 144 relativ zu dem Spannfutter 112 zu
bewegen, ist der Radabrichter 200A in mehreren Achsen relativ
zum Schleifrad 202 beweglich.
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In
der Ausführungsform, die in 11 gezeigt
ist, ist das Abrichtrad 200B auf dem Revolverkopf 108 angeordnet,
wobei das Schleifrad 202 auf der Spindel 144 angeordnet
ist. Wie dargestellt, ist das Abrichtrad 200B in einem
Revolverkopfhalter 135 angeordnet. Der Revolverkopfhalter 135 ist
mit einer Kühlmitteldüse 206 zur Zuführung
von Fluid aus einem Fluidvorrat unter Druck ausgestattet. Der Revolverkopf 108 ist
in der X- und Z-Achse beweglich, und der Werkzeugabrichter 200B ist
somit in zwei Translationsachsen relativ zu dem Schleifrad 202 beweglich.
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In
der dargestellten Ausführungsform hat das Schleifrad eine
Y-Achsen-Komponente, und somit ist in dieser Ausführungsform
der Werkzeugabrichter 200B entlang einer dritten Translationsachse relativ
zu dem Schleifrad 202 beweglich. Es wird in einigen Ausführungsformen
angenommen, dass der Revolverkopf 108 selbst eine Y-Achsen-Bewegungskomponente
aufweisen kann.
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Wie
dargestellt, ist die Kühlmitteldüse 206 als
feststehend relativ zu dem Revolverkopf 108 gezeigt. In
einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Kühlmitteldüse 208 eine
Düse sein, wie sie in der anhängigen Anmeldung
Nr. 12/040,602 dargestellt ist, mit dem Titel ”Machine
tool with cooling nozzle and method for applying cooling fluid”,
welche Anmeldung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen
wird.
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Wie
zuvor beschrieben, ist der Revolverkopf 108 drehbar, um
unterschiedliche Positionen oder Verbindungen 134 zu einer
Funktionsposition zu zeigen. Typischerweise existiert nur eine Funktionsposition
pro Revolverkopf 108, doch es ist denkbar, dass ein Revolverkopf
unterschiedliche Funktionspositionen aufweisen kann. In der Funktionsposition
ist der Revolverkopfhalter 135 mit einem Motor verbunden, der
entweder intern oder extern des Revolverkopfes 108 angeordnet
ist und welcher operativ mit dem Rechnersteuersystem verbunden ist,
so dass es möglich ist, dass in dem Halter 135 gehaltene
Teil unter Steuerung des Operators zu drehen. In vielen Fällen
kann Kühlmittel selektiv durch den Revolverkopf 108 zugeführt
werden. Entsprechend dem dargestellten Gegenstand kann unter Steuerung
des Steuersystems eine Rotation des Abrichtrads durchgeführt werden
und es wird eine Bewegung des Abrichtrads relativ zum Schleifrad
ermöglicht. Unter der Steuerung durch das Rechnersteuersystem
kann das Schleifrad in eine Position des Zusammenwirkens mit dem
Abrichter zum Abrichten des Schleifrads gebracht werden.
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Typischerweise
rotieren sowohl der Radabrichter als auch das Schleifrad während
des Abrichtvorgangs. In anderen Ausführungsformen kann
das Schleifrad angetrieben werden und sich drehen, während
der Abrichter stationär bleibt. In weiteren Ausführungsformen
wird der Abrichter nicht angetrieben, sondern aufgrund der Reibung
zwischen dem Schleifrad und dem Abrichter in Drehung versetzt (diese
Anordnung wird bezeichnet als ”fliehkraftgebremstes Abrichtgerät”).
In anderen Ausführungsformen kann der Abrichter angetrieben
sein und sich drehen, während das Schleifrad stationär
bleibt. Es wird angenommen, dass das Schleifrad durch die Reibung
in Drehung versetzt wird.
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In
einem kontinuierlichen Abrichtvorgang, der in 13 gezeigt
ist, berührt das Schleifrad 202 das Werkstück 204,
während der Radabrichter 200D das Schleifrad 202 berührt.
Ein ”kontinuierlicher” Betrieb bedeutet nicht
notwendigerweise einen Betrieb, in welchem das Abrichtrad stets
in Kontakt mit dem Schleifrad steht; es ist vielmehr ausreichend,
dass ein gleichzeitiger Kontakt zwischen dem Schleifrad 202 und
dem Werkstück 204 und dem Schleifrad 202 und
dem Radabrichter 200D herrscht. In einigen Ausführungsformen
ist der Schleifvorgang stets kontinuierlich; d. h., das Abrichtrad
berührt das Schleifrad im wesentlichen zu allen Zeiten
während des Schleifvorgangs innerhalb der Grenzen der Möglichkeiten
der Maschine, den Betrieb zu steuern.
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Wie
in 14 zu sehen ist, können die jeweiligen
Positionen P1, P2 des Abrichtrads 200D und des Werkstücks 204 versetzt
sein relativ zu einem Mittelpunkt P3 des Schleifrads 202.
Wie in den 15 und 16 dargestellt
ist, sind andere Anordnungen möglich, und in der gezeigten
Ausführungsform sind die jeweiligen Mittelpunkte P1, P2,
P3 des Abrichtrads 200D, des Werkstücks 204 und
des Schleifrads 202 koaxial. Die relative Anordnung dieser
Bauteile kann von dem Maschinenoperator gewählt werden
oder durch die Geometrie des Werkstücks 204 oder
Schleifrads 202 vorgegeben sein. Ein kontinuierlicher Betrieb
wird aufrecht erhalten durch eine X- und Z-Bewegung des Abrichtrads 200D,
das in dem Maschinen-Revolverkopf 208 verwendet wird und
durch die X-, Y- und Z-Achsenbewegung des Schleifrads 202.
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In
einer weiteren Form des kontinuierlichen Betriebs, die in 17 dargestellt
ist, ist der Abrichter 200E auf einem Spannfutter 112 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform ist ein kontinuierlicher Betrieb aufrecht
erhalten durch Z-Achsen-Bewegung des Abrichtrads 200E und
durch X-, Y- und Z-Bewegung des Schleifrads 202.
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18 zeigt
eine von vielen denkbaren intermittierenden Abrichtvorgängen.
Durch ”intermittierend” wird ausgedrückt,
dass das Schleifrad 202 nicht in Kontakt mit dem Abrichter 200F steht,
während das Schleifrad 202 in Kontakt mit dem
Werkstück steht, und das Schleifrad 202 befindet
sich nicht in Kontakt mit dem Werkstück, während
es in Kontakt mit dem Abrichter 200F steht. Einige Betriebsarten
können sowohl kontinuierliches als auch intermittierendes
Abrichten erfordern.
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Wie
in den 19A–C gezeigt ist,
kann ein Schleifrad unterschiedliche Kantenausbildungen aufweisen
(drei Ausführungsformen 202A, 202B und 202C sind
dargestellt, doch viele zusätzliche Formen sind möglich).
Jedes Schleifrad 202A, 202B, 202C kann
eine einzigartige Radabrichter-Ausbildung aufweisen und in einigen
Ausführungsformen können Schleifräder
aus unterschiedlichen Materialien ein Abrichten durch unterschiedliche
Radabrichter erfordern. Um das Vorstehende zu ermöglichen,
können die Radabrichter aufeinanderfolgend in einem der Halter
der Maschine angeordnet sein, wie beispielsweise in 20 anhand
drei Abrichtern 200G, 200H und 200I dargestellt
ist, die aufeinanderfolgend in dem Revolverkopfhalter 135 angeordnet
sind. In der dargestellten Ausführungsform stehen die Radabrichter 200G, 200H, 200I koaxial.
Andere Ausbildungen sind möglich, und die Abrichter können
aufeinanderfolgend nicht koaxial in jeder gewünschten Anordnung
angeordnet sein. Einer oder mehrere Abrichter können in
einem 90°-Winkel bezüglich der anderen Abrichter
oder der Maschine angeordnet sein, oder mit der Maschinenachse ausgerichtet
sein oder in einem schrägen Winkel stehen. Es ist anzunehmen, dass
das gleiche Schleifrad unter Verwendung unterschiedlicher Abrichter
in einem Schleifvorgang abgerichtet werden kann, und es kann angenommen
werden, dass unterschiedliche Schleifräder unter Verwendung
von einem oder mehreren der Anzahl von Abrichtern abgerichtet werden.
Eine Maschine kann mit mehreren Schleifrädern bestückt
werden, welche in einem Werkzeugmagazin 142 der Maschine
angeordnet sind und von der Spindel 144 während
der Benutzung zugeliefert werden. In einigen Ausführungsformen
wird angenommen, dass eine Maschine mit mehreren Radabrichtern ausgestattet
sein kann, welche in gleicher Weise in dem Werkzeughalter angeordnet
sein können und von der Werkzeugspindel geholt werden.
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Die
Maschine kann mit geeigneten Zwischenraum-Eliminierungssystemen
verwendet werden. Herkömmliche Zwischenraum-Eliminierungssysteme
sind dazu vorgesehen, das Zusammenwirken von Oberflächen
in einer Maschine durch Techniken wie etwa Detektion eines Zuwachses
von Schwingungen oder von Leistungsverbrauch zu detektieren. Entsprechend
der vorliegenden Erfindung kann das Rechnersteuersystem ein Zwischenraum-Eliminierungssystem
verwenden, um ein Zusammenwirken des Schleifrades und des Abrichters zu
detektieren, des Schleifrades und des Werkstücks, oder
beides zusammen.
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Zusätzlich
kann die Rotationsgeschwindigkeit des Radabrichters und/oder des
Schleifrads durch Steuerung durch das Rechnersteuersystem einstellbar
sein, wodurch die Geschwindigkeit des Radabrichters eingestellt
werden kann, während sich der Durchmesser des Schleifrades
bei der Benutzung vermindert, um eine solche Durchmesserreduktion
auszugleichen.
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Es
ist somit ersichtlich, dass eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Abrichten eines Schleifrades geschaffen werden.
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Alle
hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten
Reihenfolge durchgeführt werden, sofern nicht anders dargestellt
oder sofern es nicht klar im Widerspruch zum Zusammenhang steht. Die
Verwendung von einem oder aller Beispiele, oder die Verwendung exemplarischer
Sprache (z. B. ”wie etwa”), dienen lediglich zur
Darstellung der Erfindung und dienen nicht zur Begrenzung des Umfangs
der Erfindung. Jede hierin getätigte Feststellung zur Gestalt
oder zu den Vorteilen der Erfindung oder deren bevorzugte Ausführungsformen
sind als nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung
umfasst alle Abwandlungen und Aquivalente des hierin beschriebenen
Gegenstands, soweit durch anwendbares Recht abgedeckt. Darüber
hinaus werden alle Kombinationen der hierin beschriebenen Elemente
in allen denkbaren Varianten durch die Erfindung umfasst, sofern
es nicht hierin anders bezeichnet wird oder sofern es nicht in klarem
Widerspruch zum Zusammenhang steht. Die Beschreibung jedes Dokuments
oder Patents, selbst wenn als ”vorhergehend” bezeichnet,
soll in keiner Weise insofern ein Zugeständnis darstellen,
dass dieses Dokument oder Patent als Stand der Technik der vorliegenden
Erfindung entgegen steht.
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Zusammenfassung
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Offenbart
wird eine Maschine mit einem Schleifrad 202 und einer Abrichtoberfläche 200B,
sowie ein entsprechendes Verfahren. Die Abrichtoberfläche
ist beweglich in zumindest zwei Translationsachsen relativ zum Schleifrad.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Schleifrads und der Abrichtoberfläche
werden vorzugsweise durch ein Rechnersteuersystem gesteuert, wodurch
die Rotationsgeschwindigkeit der Abrichtfläche angepasst
werden kann, während der Durchmesser des Abrichtrades und
der Durchmesser des Schleifrades sich während der Verwendung
vermindern. Die Maschine kann in kontinuierlichem oder intermittiernden
Abrichtbetrieb betrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6123606 [0004]
- - US 6666748 [0006, 0007]