DE4000025C2 - Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung der Oberflächen von von der genauen Zylinderform geringfügig abweichenden Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spanabhe­ benden Bearbeitung von von der genauen Zylinderform ge­ ringfügig abweichenden Werkstücken, wie z. B. von Lager­ bohrungen in Gehäusen oder dgl., gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus den Do­ kumenten DE 37 26 276 A1, DD 91 179 und DD 1 04 223 be­ kannt, wobei die Vorrichtung nach der DE 37 26 276 A1 im Zusammenhang mit der Feinverstellung der Werkzeug­ schneide eines umlaufenden Radialstellkopfes beschrie­ ben ist.

Mit der Einrichtung nach der DE 37 26 276 A1 gelingt es bereits, Korrektur-Zustellbewegungen in der Größenord­ nung von einigen µm zu halten. Es hat sich allerdings gezeigt, daß diese Vorrichtung nicht in der Lage ist, eine Feinbearbeitung von im wesentlichen zylindrischen Werkstückflächen sicherzustellen, bei denen mit einer Genauigkeit im µm-Bereich axial und polar gezielt von der mathematisch exakten Zylinderform der Werkstückflä­ che abgewichen wird.

Aus der DE-PS 16 02 962 ist ferner eine Vorrichtung be­ kannt, die zusätzlich mit einer Einrichtung zum Ver­ kleinern von systematischen Bearbeitungsfehlern ausge­ stattet ist. Hierbei wird die Position des Werkzeugs in Vorschubrichtung in bezug auf das Werkstück abgebildet und dementsprechend der das Stellglied ansteuernde Aus­ gangsdruck des Druckgebers verändert. Diese Vorrichtung dient somit dazu, Bearbeitungsfehler zu verkleinern, die durch systembedingte Fehlleistungen einer Arbeits- oder Werkzeugmaschine entstehen. Abweichungen von Soll­ werten werden in einem zur Größe des Fehlers analogen Luftdruck abgebildet, so daß eine pneumatische Hilfs­ energie benötigt wird. Bei linearem Zusammenhang zwi­ schen Vorschubweg und Schneidmeißelzustellung findet eine Feder oder ein Lineal, bei nichtlinearer Abhängig­ keit ein Leitkörper Verwendung, der unter Zuhilfenahme einer pneumatischen Meßdüse abgetastet und damit ver­ messen wird.

Es hat sich gezeigt, daß mit dieser bekannten Vorrich­ tung Toleranzen von 20 bis 30 µm nur mit einem erhebli­ chen zusätzlichen Aufwand unterschritten werden konn­ ten, was u. a. darauf zurückzuführen ist, daß die Meßdü­ se mit ihrem Durchmesser von etwa 1 mm die zu messende Größe, d. h. Durchmesserabweichungen vom Sollwert nur als einen über das Maß des Meßdüsendurchmessers gemit­ telten Wert abbilden kann. Um so weniger ist die bekannte Vorrichtung in der Lage, Maßabweichungen schnell genug zu erfassen und in einen geeigneten Korrekturdruck um­ zusetzen.

In jüngerer Zeit werden an Schneidmeißelhalter mit hy­ draulischer Ansteuerung des Stellgliedes immer höhere Anforderungen hinsichtlich der Arbeitsgenauigkeit ge­ stellt. So sind Durchmessertoleranzen von einigen µm keine Besonderheit mehr, wobei hinzukommt, daß aufgrund des zunehmenden Einsatzes von neuen Schneidstoffen, wie z. B. Hartmetall oder polykristallinem Diamant auch hö­ here Schnitt- und Bearbeitungsgeschwindigkeiten gefor­ dert sind. In diesem Zusammenhang besteht nunmehr das Bedürfnis, eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von im wesentlichen zylindrischen Werkstückflächen bereitzu­ stellen, mit der es gelingt, mit einer Genauigkeit im µm-Bereich axial und polar gezielt von der mathematisch exakten Zylinderform der Werkstückfläche abzuweichen. Derartige Oberflächen sind beispielsweise bei hochbela­ steten Gleitlagern erwünscht, die einer asymmetrischen mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung unter­ liegen, was z. B. bei der Kolbenbolzenbohrung einer Brennkraftmaschine der Fall ist.

Aus der DE 32 45 053 A1 ist zwar bereits ein Lösungsan­ satz zur Herstellung derartiger, von der mathematisch exakten Zylinderform in axialer und polarer Richtung abweichender Werkstückoberflächen bekannt. Hierbei müs­ sen allerdings erhebliche Energiemengen zur gezielten Auslenkung der Bohrstange und damit der Werkzeugschnei­ de bereitgestellt werden. In einem Fall wird über eine elektrische Spule, die an einen Frequenzoszillator an­ geschlossen ist, der aus zwei verschiedenen magneto­ striktiven Werkstoffen aufgebaute Werkzeughalter gebo­ gen im anderen Fall wird die von einem Spannfutter aus­ kragende Bohrstange mit einer Unwuchtmasse versehen und zwischen dieser und dem Schneidmeißel in einem Flüssig­ keitslager gelagert, das mehrere über dem Umfang gleichmäßig verteilte Zuströmöffnungen hat, die mit Fluid unterschiedlichen Druckniveaus beaufschlagbar sind. Bei dieser Vorrichtung wird mit einem offenen Strömungsmittel-Kreis gearbeitet, welcher sich auf ei­ nem hohen Energieniveau befindet, da diese "offene" Hy­ draulikfluid-Versorgung unmittelbar auf den Werkzeug­ träger einwirkt. Aufgrund der verhältnismäßig großen Massen, die in die Steuerung einbezogen sind, ergeben sich ohne zusätzlichen vorrichtungstechnischen Aufwand keine ausreichenden Ansprechzeiten.

Die bekannten Ansätze zur Herstellung derartiger, von der mathematisch exakten Zylinderform in axialer und polarer Richtung abweichender Werkstückoberflächen wer­ den durch eine weitere Variante ergänzt, bei der die von einem Spannfutter auskragende Bohrstange mit einer Unwuchtmasse versehen und zwischen dieser und dem Schneidmeißel in einem Flüssigkeitslager gelagert ist, das mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilte Zu­ strömöffnungen hat, welche mit Fluid unterschiedlichen Druckniveaus beaufschlagbar sind. In beiden Fällen er­ geben sich allerdings verhältnismäßig große Massen, die in die Steuerung einzubeziehen sind, was zu entspre­ chend großen Signalverzögerungen und damit zu Steue­ rungs-Ungenauigkeiten führt.

Auch in den DD-Patentschriften 91 179 und 1 04 223 ist bereits die Aufgabe angesprochen, Werkstücke mit balli­ ger und/oder ovaler Mantelfläche ohne Verwendung von Formlinealen und Tastern herzustellen. Im Falle der DD 1 04 223 ist dem Werkzeugträger ein Stellzylinder mit Servomotor zugeordnet, der in Abhängigkeit von den Aus­ gangssignalen eines rechnergesteuerten Verstärkers be­ trieben wird. In dieser Druckschrift finden sich aller­ dings keine konkreten Hinweise, wie der Werkzeugträger anzusteuern ist, um eine ausreichend schnelle Folgebe­ wegung des Werkzeugs im Ansprechen auf die Steuersigna­ le zu bewerkstelligen. Auch wird dort keine konkrete Lehre gegeben, wie im wesentlichen zylindrische Werk­ stückflächen, die in axialer und polarer Richtung ge­ ringfügig von der mathematisch exakten Zylinderform ab­ weichen, mit Herstellungstoleranzen von einigen µm so­ wohl in axialer als auch in radialer Richtung herge­ stellt werden könnten. Bei den im Falle der DD-Schrif­ ten 91 179 und 1 04 223 verwendeten Stellgliedern in Form von doppeltwirkenden Kolben-/Zylindereinheiten sind darüber hinaus bei der Ansteuerung relativ große Fluidvolumina zu bewegen, was sich nachteilig auf das Folgesteuerverhalten auswirkt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß jederzeit reproduzierbar im wesentlichen zylindrische Werkstückflächen, die in axialer und polarer Richtung geringfügig von der mathe­ matisch exakten Zylinderform abweichen, mit Herstel­ lungstoleranzen von einigen µm hergestellt werden kön­ nen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß nur dann, wenn die die Druckflüssigkeitskammer der Vorrichtung versorgende Hydraulik-Anordnung, d. h. der das Träger­ teil mit Schneidenhalterstange ansteuernde hydraulische Druckgeber ständig von einer Druckfluidquelle versorgt bzw. gespeist wird und eine ausreichende Drucksignal- Frequenz mit einer ausreichend hohen Bewegungs-Folgege­ nauigkeit bereitgestellt werden kann, gängige Werk­ stückflächendurchmesser mit üblichen Schnittgeschwin­ digkeiten bearbeitbar sind. Dabei kann das den Druckge­ ber ansteuernde Ausgangssignal auf einem verhältnismä­ ßig niedrigen Energieniveau gehalten werden, so daß die Ansprechcharakteristik auf einem möglichst hohen Niveau liegt. Es wird somit mit einem Strömungsmittelüberschuß bei der Versorgung des Druckgebers gearbeitet, der die Voraussetzung dafür schafft, daß die Stellsignale im µm-Bereich reproduzierbar und in kürzester Zeit, d. h. mit relativ hohen Frequenzen in entsprechende Weg-Fol­ gesignale umgewandelt werden. Dabei wird unter Zuhilfe­ nahme des Weg- und Winkelmeßsystems jeder Relativstel­ lung des Schneidmeißelhalters bezüglich des Werkstücks ein Ausgangsdruck des Druckgebers zugeordnet, der über die Strömungsmittelleitung geeigneten Querschnitts ent­ weder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Druckwandlers zur Ansteuerung der Druckflüssigkeitskam­ mer im Schneidmeißelhalter genutzt wird. Indem das Druckfluidvolumen, das der Druckvariation durch den Druckgeber unterliegt, aufgrund der flachen Bauweise verhältnismäßig klein gehalten wird, erfolgt die Beein­ flussung des Drucks im Trägerteil, d. h. in der Druck­ flüssigkeitskammer in Form eines nachgeschalteten Druckmotors mit einem ausreichend guten An­ sprechverhalten, um während einer Umdrehung des Werk­ stücks oder Werkzeugs kontrollierte Zustellbewegungen im µm-Bereich zu bewirken. Es zeigt sich, daß mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen jeder erwünschte funktio­ nelle Zusammenhang zwischen Relativverschiebung und -verdrehung bezüglich Werkstück und Werkzeug und Aus­ gangsdruck des Druckgebers und damit Ansteuerdruck der Druckflüssigkeitskammer mit einer Reproduzierbarkeit von 1 bis 2 µm eingestellt werden kann, wobei die Güte der Bearbeitung von der Arbeitsgenauigkeit des Weg- und Winkelmeßsystems bestimmt ist. Der die Druckflüssig­ keitskammer speisende Hydraulikkreis sorgt dafür, daß das Ausgangsdrucksignal des Druckgebers mit geringster Verzögerung auf die Ausgangssignale des Weg- und Win­ kelmeßsystem anspricht, wodurch es gelingt, die Schnei­ denhalterstange, d. h. den Abtrieb des Stellmotors mit Druckfrequenzen in der Größenordnung von ca. 50 bis 80 Hz anzusteuern und dabei ausreichend große Zustellwege bereitzustellen. Auf diese Weise sind selbst bei klei­ neren Werkstückflächendurchmessern Schnittgeschwindig­ keiten erreichbar, die einen wirtschaftlichen Einsatz moderner Schneidstoffe zulassen. Das hydraulische Aus­ gangssignal des Servoventils kann erfindungsgemäß auf niedrigem Energieniveau gehalten werden, was der An­ sprechcharakteristik weiter zugute kommt. Es gelingt mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen somit mit Leichtig­ keit, beispielsweise eine Bohrung herzustellen, deren Querschnitt sich in Axialrichtung ständig nicht nur der Größe, sondern auch der Form nach ändert.

Eine besonders kleines Volumen der Druckflüssigkeits­ kammer bei gleichzeitiger Vereinfachung der Herstellung des Stellmotors zwischen Trägerteil und Schneidenhal­ terstange ergibt sich mit der Weiterbildung des Pa­ tentanspruchs 2.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Druck­ gebers zur hydraulischen Ansteuerung der Druckflüssig­ keitskammer ist Gegenstand des Anspruchs 8. Bei direk­ ter elektrischer Ansteuerung des Druckgebers, vorzugs­ weise in der Ausgestaltung als Überströmventil ist es zur Erzielung ausreichender Ansprechwerte von Vorteil, das elektrische Steuersignal unter Zwischenschaltung von möglichst wenigen Signalwandlern aus den Ausgangs­ signalen des Weg- und Winkelmeßsystems zu erzeugen.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 9 wird die Arbeitsgenauigkeit zusätzlich gesteigert, da ein digi­ tales Weg- und Winkelmeßsystem in der Lage ist, Messun­ gen nicht nur mit hoher Präzision, sondern auch mit großer Auflösung vorzunehmen. Es gelingt mit dieser Weiterbildung mit einer reproduzierbaren Genauigkeit von 1 bis 2 µm Mantelkonturen von Drehteilen oder Ausnehmun­ gen herzustellen, die von einer achsparallelen Geraden bzw. von einem konzentrischen Kreis um bis zu 500 µm abweichen.

Um Zeitverzögerungen zwischen der Erzeugung der Aus­ gangssignale des Weg- und Winkelmeßsystems und des ent­ sprechenden Stellsignals für das Stellglied weitestge­ hend zu kompensieren, findet die Weiterbildung des Pa­ tentanspruchs 10 Anwendung. Die Programmsteuerung kann dabei vorteilhafterweise lernfähig ausgebildet sein, um selbsttätig in Abhängigkeit von erfaßten Fehlerkorrek­ tursignalen eine entsprechende Programmkorrektur vorzu­ nehmen. Dieses Korrektursystem dient zur Berücksichti­ gung systematischer Fehler.

Die Genauigkeit der Erzeugung eines entsprechenden Aus­ gangsdrucks eines Druckgebers stromab des elektrisch angesteuerten Servoventils wird zweckmäßig durch geeig­ nete Rückführungen des Druckgeberausgangssignales si­ chergestellt. Die zur Aufgabenlösung notwendige hohe Regelgeschwindigkeit hängt vor allem von der Geschwin­ digkeit des Rückführsignales ab. Die höchste Signalge­ schwindigkeit liegt vor, wenn das Druckgeber-Ausgangs­ signal unmittelbar auf das Stellglied einwirkt, das da­ durch gleichzeitig als Meßglied fungiert. Die Rückfüh­ rung ist auf diese Weise in den Druckgeber integriert.

Mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 kann das rückgeführte Signal an einer bezüglich des Signalflus­ ses ausgewählten Stelle in die Signalverarbeitungsein­ heit einfließen, was gegenüber der unmittelbaren Druck­ rückführung gelegentlich vorteilhaft sein kann.

Mit der Weiterbildung der Vorrichtung beispielsweise in Form eines Radialstellkopfs gemäß Patentanspruch 14 wird sichergestellt, daß der Schneidmeißel dem Steuer­ druck hinreichend genau und im wesentlichen ohne Hysterese folgt, wobei die Eigenfrequenz des Bohrkopfs deutlich über der Steuerdruckfrequenz liegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Ansteuerung von Schneidmeißelhaltern verwendet werden, die entweder auf einem Support einer Werkzeugmaschine sitzen oder von einer Spindel angetrieben sind.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zur Verdeutlichung des Signalflusses bei einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von von der genauen Zylinderform geringfügig abweichenden Werkstüc­ ken;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Variante der er­ sten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren Varian­ te der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Prinzipskizze einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnitt-Darstellung der Einzelheit "VI" in Fig. 5;

Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines als umlaufender Bohrkopf ausgebil­ deten Schneidmeißelhalters;

Fig. 8 im verkleinerten Maßstab einen Schnitt ge­ mäß VIII-VIII in Fig. 7; und

Fig. 9 einen entsprechenden Schnitt gemäß IX-IX in Fig. 7.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Schneidmei­ ßelhalter bezeichnet, der eine Schneidenhalterstange 4 aufweist. Die Schneidenhalterstange 4 ist federnd an ein Trägerteil 6 angelenkt, so daß ein Parallelfederge­ lenk zwischen Schneidenhalterstange und Trägerteil ge­ bildet wird. Schneidenhalterstange und Trägerteil bilden somit einen Stellmotor, wobei die Schneidenhalterstange bzw. ein damit fest verbundenes Teil den Abtrieb des Motors bildet. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse des Schneidmeißelhalters mit einem Schlitz 8 versehen und nimmt im Inneren ein nicht näher gezeigtes Stellglied in Form einer Kolben/Zylinderanordnung auf, deren Druckkammer über eine Strömungsmittelleitung 10 mit Steuerdruck versorgt wird. In Abhängigkeit vom Steuer­ druck wird die Schneidenhalterstange 4 und damit die Schneide 12 in radialer Richtung um Beträge von bis zu etwa 500 µm ausgelenkt. Auf den Aufbau des Stellgliedes soll hier nicht näher eingegangen werden. Diesbezüglich kann auf die Offenbarung in der DE 22 28 553 C3 verwie­ sen werden.

Mit 14 ist eine Pinole bezeichnet, die in einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine geführt ist, um eine Vorschubbewegung in Richtung des Pfeils X auszuführen. Mit 16 ist das Werkstück bezeichnet, in das eine im we­ sentlichen zylindrische Ausnehmung 18 durch Feinstbear­ beitung eingebracht werden soll. Die Besonderheit der Ausnehmung 18 besteht darin, daß Abweichungen von der regulären, d. h. mathematisch exakten Zylinderform so­ wohl in axialer als auch in polarer Richtung gegeben sind. Die axialen Abweichungen sind der Fig. 1, die po­ laren Abweichungen der Fig. 2 entnehmbar und liegen in der Größenordnung bis zu 500 µm, wobei Toleranzen von nur einigen µm einzuhalten sind. In Fig. 2 ist mit strichpunktierter Linie eine Kreislinie dargestellt, wohingegen mit durchgezogener Linie die tatsächliche Innenkontur der Ausnehmung wiedergegeben ist. Um die Ausnehmung 18 mit oben genannten Kriterien herstellen zu können, dient die nachfolgend näher beschriebene Einrichtung zur Ansteuerung des Stellgliedes:

Das unter dem Steuerdruck PST stehende Druckfluid wird über eine Drehdurchführung 19 und die Druckmittellei­ tung 10 dem drehenden Trägerteil zugeführt. Der Steuer­ druck PST wird unter Zuhilfenahme eines Druckgebers 20 generiert, der in einen Hydraulikkreis 30 integriert, d. h. von diesem ständig gespeist wird. Dieser weist ei­ ne Druckfluidquelle in Form einer Pumpe 32 auf, die über ein Rückschlagventil 34 eine Versorgungsleitung 36 mit Druckfluid versorgt. Mit 38 ist ein Glättspeicher bezeichnet, der Druckschwankungen in der Versorgungs­ leitung 36 nivelliert. Mit 40 ist ein Druckbegrenzungs­ ventil bezeichnet, das eine Verbindung zu einer Rück­ laufleitung 42 zum Tank 44 hat.

Der Druckgeber 20 ist von einem elektrisch angesteuer­ ten Mehrwege-Druckventil gebildet, das den Steuerdruck PST in Abhängigkeit von der Größe des elektrischen Si­ gnals einstellt, welches an einer Stelleinrichtung 22 anliegt. Das elektrische Signal ist das Ausgangssignal eines mit 50 bezeichneten Signalverarbeitungssystems, das eine Recheneinheit 52, eine Signalverarbeitungsein­ heit 54 und ein Weg- und Winkelmeßsystem 56 aufweist. Das Ausgangssignal in der Signalleitung 58 wird wie folgt erzeugt:

In jedem Augenblick wird die Relativlage in Vorschub­ richtung X und in polarer, d. h. Umfangsrichtung O zwi­ schen Werkstück 16 und Schneide 12 mittels des Weg- und Winkelmeßsystems überwacht. Hierzu dient ein linearer Glasmaßstab 62 und eine kodierte Scheibe 64, deren Drehstellung bezüglich der Pinole 14 mittels eines schematisiert dargestellten Fotoabtasters 66 abgelesen wird. Die entsprechenden Ausgangssignale werden über Umsetzer 68 und 70 auf den Rechner 52 gegeben, der meh­ rere Tastenfelder und einen Bildschirm aufweisen kann.

In den Rechner wird mit Hilfe des Tastenfeldes eingege­ ben, auf welche Weise der Schneidmeißelausschlag mit dem Vorschub und der Phasenstellung bzw. der Drehstel­ lung des Bohrkopfes 4 verknüpft sein soll. Dabei ist es möglich, unter Zuhilfenahme von Festwertspeichern kor­ rigierend in die Signalverarbeitung einzugreifen, um auf diese Weise z. B. das Verhalten der Stellsignale in Abhängigkeit von der Drehzahl des Bohrkopfes berück­ sichtigen zu können.

Der digitale Ausgang des Rechners 52 wird auf die Si­ gnalverarbeitungseinheit 54 gegeben, die in Serie einen Digital/Analog-Wandler 74, einen Verstärker 76 und ein Summier- bzw. Subtrahierglied 78 aufweist. Der Digital/ Analog-Wandler 74 wandelt die Ausgangssignale des Rech­ ners 52 in einen eingeprägten Strom um, so daß die Stelleinrichtung 22 ebenfalls mit einem Steuerstrom an­ gesteuert wird, der in vorbestimmter Weise mit den Aus­ gangssignalen des Weg- und Winkelmeßsystems 56 ver­ knüpft ist.

Der Steuerdruck PST wird über eine Zweigleitung 80, die über einen Analog/Digital-Wandler 82 führt, zur Signal­ verarbeitungseinheit 54, d. h. zum Verstärker 76 rück­ geführt, so daß ein geschlossener Regelkreis für den Ausgangsdruck des Druckgebers 20 geschaffen ist. Eine Signalleitung 84 kann zusätzlich zum Rechner 52 führen, um bereits dort korrigierend auf die Erzeugung der di­ gitalen Ausgangssignale einzuwirken.

Um gleichzeitig systembedingte Fehler des Druckgebers 20 so weit wie möglich zu unterdrücken, ist ein Kon­ trollsensor 86 zur Erfassung der tatsächlichen Reaktion der Stelleinrichtung 22 vorgesehen. Das Ausgangssignal des Kontrollsensors 86 wird über die Signalleitung 88 zum Summier- bzw. Subtrahierglied 78 rückgeführt, so daß auch die Lage eines Stellgliedes im Druckgeber, wie z. B. einer Tauchspule oder eines Kolbenschiebers, ge­ sondert geregelt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Prinzipschaltung gemäß Fig. 1 für jedes Aus­ gangssignalpaar des Weg- und Winkelmeßsystems 56 ein Steuerdruck PST erzeugbar ist, der über die Drehdurch­ führung 19 auf den Stellmotor im Schneidmeißelhalter 2 einwirkt und einen entsprechenden, gewünschten Aus­ schlag der Schneide 12 hervorruft. Aufgrund des klein gehaltenen Druckfluidvolumens, das der Druckvariation unterliegt in Verbindung mit der Speisung des Druckge­ bers mittels des Hydraulikkreises 30 ergibt sich ein extrem gutes Ansprechverhalten des Stellmotors bzw. des Stellgliedes, so daß es den Signalen eines Weg- und Winkelmeßsystems mit hoher Auflösung folgen kann. Es können somit im wesentlichen zylindrische Werkstückflä­ chen bearbeitet werden, deren Unrundheit sich in axi­ aler Richtung ändern kann.

In Fig. 3 ist eine Variante des Druckgebers 20 darge­ stellt und mit dem Bezugszeichen 120 bezeichnet. Anson­ sten sind diejenigen Teile, die den Komponenten der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechen, mit identi­ schen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Druckgeber 120 ist in dieser Ausführungsform als 4/3-Servoventil aus­ gebildet, das einen Anschluß für die Pumpenleitung 36, einen ersten Ausgangsanschluß für die Steuerdrucklei­ tung 121, einen zweiten Anschluß 124 und einen Tankan­ schluß 126 aufweist. Mit 128 ist eine Steuerspule be­ zeichnet, die an die Signalleitung 58 angeschlossen ist und eine Verschiebung des Kolbenschiebers des Servoven­ tils bewirkt. Mit diesem Ventil läßt sich die Stellge­ schwindigkeit in Abhängigkeit von der Größe des Signals in der Signalleitung 58 verändern, wenn das Stellglied zwei entgegengesetzt wirkende Stelldruckkammern auf­ weist.

In Fig. 4 ist eine weitere Variante des Druckgebers gezeigt. In diesem Fall ist er als Druckregelventil 220 ausgebildet, das über eine elektrische Ansteuerung (Si­ gnalleitung 58) den Ausgangsdruck in der Steuerdruck­ leitung 221 variiert. Der Ausgangsdruck PST wirkt über eine Steuerleitung 222 auf eine Kolbenfläche, die einer einstellbaren Regelkraft entgegen wirkt. Die einstell­ bare Regelkraft wird mit Hilfe einer Tauchspule 228 er­ zeugt, die an die Signalleitung 58 angeschlossen ist. Ansonsten entspricht die Steueranordnung derjenigen ge­ mäß Fig. 1, was durch identische Bezugszeichen ver­ deutlicht wird.

Wenn der Steuerdruck PST den durch das Signal in 58 vorgegebenen Wert erreicht hat, verschiebt sich der Kolben des Ventils und verringert und sperrt schließ­ lich den Durchfluß von der Pumpenleitung 36 zur Steuer­ druckleitung 221. Jedem Signalpegel in der Signallei­ tung 58 ist ein vorbestimmter Steuerdruck PST zugeord­ net.

In den Fig. 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbei­ spiel der Vorrichtung gezeigt, das in stark schemati­ sierter Darstellung wiedergegeben ist. Die Beschreibung beschränkt sich dabei auf die Umsetzung der Signale in einem modifizierten Druckgeber 320, der wiederum in ei­ nen Hydraulikkreis integriert ist und eine Drehdurch­ führung 19 mit Hydraulik-Druckfluid beaufschlagt. Das Weg- und Winkelmeßsystem , der Rechner und die Signal­ verarbeitungseinheit sind zur Vereinfachung nicht dar­ gestellt.

Bei dieser Ausführungsform bildet der Druckgeber ein elektrisch angesteuertes Überströmventil, das elektri­ sche Steuersignale über eine Signalleitung 322 emp­ fängt, die an eine nicht dargestellte Signalverarbei­ tungseinheit angekoppelt ist. Mit 326 ist eine Druck­ fluidquelle bezeichnet, die eine gedrosselte Versor­ gungsleitung 328 mit Hydraulikfluid speist. Im Über­ strömventil 320 erfolgt eine Druckminderung des Versor­ gungsdruckes P_V auf den von der Steuerdruckleitung 321 geführten Steuerdruck P_ST in Abhängigkeit von der Be­ aufschlagung eines Plungerkolbens 330. Dieser definiert mit seiner einen Stirnseite 335 eine Steuerdruckkammer 352 und ragt mit seinem anderen Ende aus dem Gehäuse 338. Zwischen einem Kolbenbund 332 und dem Gehäuse 338 ist eine Druckfeder 336 vorgesehen, die den Plungerkol­ ben 330 gemäß Fig. 5 nach links bewegen will. Dieser Federkraft wirkt die Kraft einer Spule 334 entgegen, die mittels der elektrischen Signale in der Leitung veränderbar ist. Die Relativlage des Plungerkolbens 330 bezüglich der offenen Stirnseite eines in das Gehäuse 338 eingesetzten Leitungsröhrchens 340, das einen An­ schluß zum Tank hat, ist somit stufenlos veränderbar.

Die Steuerdruckkammer 352 wird über eine Vordrossel 350 mit Druckfluid gespeist, so daß bei geeigneter Abstim­ mung der geometrischen Verhältnisse eine annähernde Li­ nearität zwischen der Stellung des Plungerkolbens 330 gegenüber dem Röhrchen 340 , das mit dem Plungerkolben eine weitere, veränderliche Drossel ausbildet, und dem Druck in der Steuerdruckkammer 352 gegeben ist. Somit kann der Druck P_ST durch Variation der Signalpegel in der Leitung 322 schnell verändert werden. Die Rückfüh­ rung des gesteuerten Drucks erfolgt über die Stirnflä­ che 335, so daß der Plungerkolben Stellglied und zu­ gleich Meßglied ist.

Wenn sich der Plungerkolben durch Ansteigen des Steuer­ stroms in der Leitung 322 nach rechts verschiebt, wird der Drosselquerschnitt zwischen Stirnseite 335 und Röhrchen 340 verkleinert, so daß das Drucksignal in der zum Druckmotor führenden Leitung 321 ebenfalls an­ steigt.

In den Fig. 7 bis 9 ist ein Ausführungsbeispiel ei­ nes Stellmotors gezeigt, mit dem die Steuerdrucksignale verzögerungsarm in Stellwege des Schneidmeißels umge­ setzt werden können. Die Teile 110 und 111 bilden einen hydraulischen Bohrkopf. Das Teil 110 ist ein flaches Drehteil von kreisförmigem Querschnitt, das durch einen exzentrischen Einstich 112 im Bereich der Schnittlinie VIII-VIII in zwei Abschnitte unterteilt ist, nämlich in einen eine dünne Platte 113 und einen eine dicke Platte 114 bildenden Abschnitt, die durch einen runden exzen­ trisch liegenden Abschnitt 115 miteinander verbunden geblieben sind. Diese durch den Einstich im oberen Teil des Teiles 110 entstehende, relativ dünne Platte 113 besitzt etwa die Gestalt einer geschlossenen "Sichel" - vgl. Fig. 9 - und ist federnd gegenüber dem die un­ tere Platte 114 bildenden Abschnitt und dient gleich­ zeitig als bewegliche Druckabdichtung für den hier mit DM₁ bezeichneten Druckmotor, wobei der breite Teil der Sichel in bezug auf Fig. 8 rechts, der schmale Teil links liegt. Dort weist die Platte 113 ferner auf der der Platte abgewandten Seite einen zylindermantelförmi­ gen Fortsatz 116 auf, der koaxial zur Symmetrieachse 117 - die gleichzeitig die Rotationsachse des Bohrkopfs bildet - angeordnet und Teil des Druckmotors DM₁ ist. Das Teil 110 bildet den Träger, d. h. die starre Basis des noch zu erläuternden Druckmotors, während die Plat­ te 113 den Abtrieb des Druckmotors bildet.

Das Teil 111 trägt eine zentrisch angeordnete, einen Schneidmeißel 120 aufweisende Bohrstange 121 und weist an der der Bohrstange abgewandten Seite einen ebenfalls zentrisch angeordneten, kolbenförmigen Fortsatz 123 auf, der in den zylindermantelförmigen Fortsatz 116 eingreift. Das Teil 111 ist mittels Schrauben 125 und einer Abdichtung in Form einer Rundschnurdichtung 126 zwischen den einander zugewandten Zylindermantelflächen der Fortsätze 116 und 123 fest und dicht mit dem Teil 110 verbunden. Zwischen dem kolbenförmigen Fortsatz 123 und den zylindermantelförmigen Fortsatz 116 bildet sich eine Fluidkammer 127. Die Höhe dieses Raums - bestimmt durch die unterschiedlichen Höhen von Fortsatz 116 und 123 - ist wegen der nachteiligen Wirkung der Flüssig­ keitskompressibilität möglichst niedrig gewählt. Die Fortsätze 116 und 123. sind Teile des Druckmotors DM₁, wobei eine dünne, elastische Platte 113 des Teils 110 mit dem Teil 111, das den Abtrieb des Druckmotors DM₁ bildet, über die Schrauben 125 starr verbunden ist.

Das Teil weist ferner nahe dem Außenrand Löcher 128 und einen Zentrierflansch 129 zum Befestigen des Bohrkopfes an einer Bohrmaschinenspindel auf. Ferner weist das Teil 110 eine zentrale Druckmittelzuführung auf, die in den flachen, scheibenförmigen Flüssigkeitsraum 127 mün­ det.

Der Abtrieb des Druckmotors DM₁ bewegt sich bei Druck­ wechsel gegenüber der Basis. Basis und Abtrieb um­ schließen die Fluidkammer, welche eine mit Strömungswi­ derstand behaftete Fluidzuführung besitzt. Damit die Fluidkammer trotz Bewegung des Abtriebs dicht bleibt, ist eine bewegliche Abdichtung vorgesehen. Der Ab­ triebsweg ist der durch Druckwechsel hervorgerufenen Weg des Abtriebsschwerpunktes gegenüber der Basis.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist fol­ gende:

Erhöht sich der Druck des Druckmittels, so wird das in den Raum 127 eintretende Fluid versuchen, ein größeres Volumen einzunehmen. Dabei wird infolge des durch den Einstich 112 geschwächten Widerstandsmoments der in be­ zug auf Fig. 7 rechte Teil der federnden Platte 113 stärker verformt als der linke Teil. Das Teil 111 schwenkt daher näherungsweise im Gegenuhrzeigersinn um eine in bezug auf die Achse 117 sich außermittig ein­ stellende Schwenkachse nahe der Ebene des Druckmotors bzw. der Druckflüssigkeitskammer, d. h. um eine zur Ach­ se 117 windschiefe Achse im Bereich des Druckmotors. Geht der Druck des Fluids auf den Ausgangsdruck zurück, so federt die Platte 113 in ihre Ausgangslage zurück und die Bohrstange nimmt ebenfalls ihre Ausgangslage wieder ein. Die Steifigkeit dieser Anordnung ist durch die Abmessungen ihrer Bauteile, insbesondere der fe­ dernden Platte 113 bestimmt.

Hierbei wird ersichtlich, daß das als Druckmotorabtrieb wirkende Teil 111 kleinere Wege macht als der längs ei­ ner gekrümmten Bahn bewegte Schneidmeißel 121 und daß das Fluidvolumen der Gesamtanordnung klein ist und da­ her die Eigenfrequenz des beschriebenen Bohrkopfes hö­ her als bei einer Vorrichtung mit einer Bohrstange ist, die sich bei der Schneidmeißelzustellung infolge eines Parallelfedergelenkes parallel zur Symmetrieachse 117 bewegt (DE-OS 20 34 601).

Selbstverständlich kann anstelle der beschriebenen starren Verbindung der Bohrstange mit der Platte 111 die Bohrstange auch mittels eines Werkzeugwechselsy­ stems bekannter Bauart mit der Platte verbunden sein.

Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erzeu­ gen den im Stellglied wirksamen Druck unter Zuhilfenah­ me eines beispielsweise von Hand eingebbaren Programms. Es ist jedoch auch möglich, die Steuerdruckerzeugung zusätzlich oder allein durch Fehlersignale zu bewirken, die bei der Abtastung eines unmittelbar zuvor herge­ stellten Werkstücks und durch Vergleich der Meßwerte mit Sollwerten gewonnen werden.

Als Schneidmeißelhalter können abweichend von den ge­ zeigten Ausführungsbeispielen auch Werkzeughalter für Drehstähle, Feinbohrköpfe und andere Bohrstangen Anwen­ dung finden. Die erfindungsgemäße Steuerung des Schneidmeißelhalters ist insbesondere bei Werkzeugma­ schinen von Vorteil, die eine Mehrachsen-CNC-Steuerung besitzen. In diesem Fall kann die Recheneinheit zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Weg- und Winkel­ meßsystems herangezogen werden.

Selbstverständlich können anstelle eines Glasmaßstabs andere Weg- und Winkelmeßvorrichtungen Anwendung fin­ den, die vergleichbar exakte Messungen erlauben. In diesem Zusammenhang sind elektrisch, opoelektronisch oder magnetisch arbeitende Meßsysteme zu nennen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung der Oberfläche von von der genauen Zylinderform geringfügig abweichenden Werkstücken, mit einem Schneidmeißelhal­ ter, der aus einem Trägerteil und einer daran hydrau­ lisch gegen eine Federkraft auslenkbar befestigten Schneidenhalterstange besteht, und mit einer Druckflüs­ sigkeitsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger­ teil (6; 106) in seinem Inneren eine quer zur Schnei­ denhalterstange (4; 117) verlaufende, flache Druckflüs­ sigkeitskammer (127) aufweist, die von einem achsen­ senkrechten Membranabschnitt (113) des Trägerteils be­ grenzt ist, welcher durch den Druck in der Druckflüs­ sigkeitskammer (127) asymmetrisch unter Mitnahme der Schneidenhalterstange (121) verformbar ist, und daß in die Zuleitung (10, 21; 80; 328, 321) von der Druckflüs­ sigkeitsquelle (32) zu der Druckflüssigkeitskammer (127) ein elektrisch angesteuertes Servoventil (20; 120; 220; 320) geschaltet ist, dessen Ansteuerung der­ art erfolgt, daß der Ausgangsdruck (PST) des Servoven­ tils in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Weg- und Winkelmeßsystems (56; 62 bis 70) variiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine der beiden Begrenzungswände der Druck­ flüssigkeitskammer (127) einen exzentrisch angeordneten Bereich mit verminderter Wanddicke aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerteil (106) aus einer Ba­ sisplatte (110, 114) und einer mit ihr fest verbundenen Abdeckplatte (111) besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Höhe der Druckflüssig­ keitskammer (127) so dimensioniert ist, daß das gesamte Volumen der Druckflüssigkeit in der Druckflüssigkeits­ kammer (127) nur wenig größer ist als das zum Auslenken der Schneidenhalterstange (4; 121) notwendige Flüssig­ keitsvolumen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Basisplatte (110, 114) kreisrund ausgebildet und mit einem exzentrisch umlaufenden Ein­ stich (112) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Servoventil ein stetig verstellbares Wegeventil (20; 120) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Servoventil ein Druckre­ gelventil (220) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Servoventil ein Über­ strömventil (320) mit einem elektrisch angesteuerten Plungerkolben (330) und einem mit dessen Stirnfläche (335) zusammenwirkenden Ablaufröhrchen (340) ist, und daß in der Zuleitung (328) zu dem Überströmventil (320) eine feste Drossel (350) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das Weg- und Winkelmeßsystem (56; 62 bis 70) digital arbeitet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Meßsignalen des Weg- und Winkelmeßsystems (62 bis 66) vorbestimmte Ausgangs­ signale zugeordnet werden, die durch Vermessung eines zuvor fertiggestellten Werkstücks (16) gewonnen worden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil (20; 120; 220; 320) in einen Regelkreis eingebunden ist, bei dem ein dem Ausgang des Servoventils entsprechendes Signal rückgeführt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Ausgangsdruck des Servoventils entsprechende Steuersignal über einen vor dem Servoven­ til angeordneten Wandler (74, 76; 82) rückgeführt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgangsdruck des Servoventils (20; 120; 220) über einen Analog/Digital-Wandler (82) zu ei­ nem Rechner (52) rückgeführt wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidmeißelhalter ein umlaufender Radialstellkopf (6) ist.