DE4401496C2

DE4401496C2 - Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkonturen

Info

Publication number: DE4401496C2
Application number: DE19944401496
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr Ing Dey; Werner Schank; Juergen Moebus
Original assignee: EMAG MASCH VERTRIEBS SERV GmbH
Current assignee: EMAG Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2014-01-21
Also published as: DE4401496A1; DE4401496C3

Description

Gattung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Be arbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen und/oder Außenkonturen.

Stand der Technik Innenbearbeitung mit drehendem Werkzeug

1. Für die Bearbeitung von hochgenauen Bohrungen muß eine Schneiden-Abhebeeinrichtung eingesetzt werden, da ansonsten beim Herausfahren der Schneide aus der Bohrung Riefen in die bearbeitete Oberfläche gekratzt werden.

Üblicherweise wird dazu eine hydraulisch/pneumatisch verstellbare Einrichtung, z. B. der Firma SAMSOMATIC, verwendet. Mit dieser Einrichtung können zylindrische Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser hergestellt werden (Prospekt der Firma Samsomatic "Werkzeugkorrektursystem - Stellelement für die Feinbohrbear beitung", Ausgabe Juli 1982, T 904).

Ebenfalls zylindrische Bohrungen verschiedener Durchmesser können mit dem "Präzisionsbearbeitungssystem AUTOCOMP" der Firma SANDVIC gefertigt werden (Z.: Drehteil + Drehmaschine 5192 - "Kontrolliertes Feindrehen und Feinbohren für gleichblei bende Produktqualität", Seite 42-44).

2. Unrunde Bohrungen werden von einer Firma mit einer selbst entwickel ten Verstelleinrichtung auch schon gefertigt. Die Geometrie der Bohrung, z. B. eine Ellipse oder ein Polygon wird mit einer Mechanik auf die Werkzeugschneide(n) übertragen. Die zu erzeugende Bohrungsgeometrie ist entsprechend vergrößert als Wellenlinie (Berg und Tal) in eine Planscheibe eingearbeitet. Die Planscheibe ist auf der dem Werkzeug entgegengesetzten Seite der Hauptspindel koaxial drehfest angeordnet. Über mit der Hauptspindel verbundenen (mitdrehenden) Kulissensteinen wird die Planscheibe abgetastet und die Auslenkung mechanisch (Gelenk) auf die Werkzeugschneide übertragen. Die Bohrstange wird bei dieser Verstelleinrichtung auf deren freiem Ende, z. B. mit einer Zentrierspitze auf einem Reitstock, abgestützt. Bei höheren Drehzahlen ist wegen der auftretenden Trägheits massenkräfte der Prozeß nicht mehr beherrschbar.

Es ist auch eine NG-Formdreheinrichtung vorbekannt, mit der ebenfalls unrunde Bohrungen hergestellt werden können. Die Werkzeugspindel ist in einer eigengelagerten Exzenterspindel drehbar gelagert. Die Bohrungsgeometrie wird durch geeignete Drehzahlkombinationen beider Spindeln und der daraus resultie renden Parallelverschiebung der Werkzeugspindelachse aus der theoretischen Mitte erzeugt (Z.: dima 3/92 - "Fertigungstechnisches Kolloquium weist neue Wege", S. 54).

3. Nicht zylindrische Bohrungen werden im Regelfall über ein Lineal kopiert.

Weiterhin kann die Schneide hydraulisch/pneumatisch (z. B. Firma SAMSOMATIC) oder elektromechanisch (z. B. Firma SANDVIG) während der Bearbeitung verstellt werden.

Außenbearbeitung mit stehendem Werkzeug

Das übliche Verfahren für das Außendrehen unrunder Geometrien war über lange Zeit das Kopieren von einer mit dem Werkstück synchron drehenden Meisterwelle. Dabei wird über Kulissensteine mechanisch die Schneide aus gelenkt.

Mehrere Firmen stellen spezielle Außendrehmaschinen mit einer elektrohy draulischen Verstelleinrichtung des Werkzeugs her. Konkret wird damit ein Schlitten in Abhängigkeit der Winkelstellung des Werkstücks senkrecht zur Drehachse verfahren, auf dem das Werkzeug fest montiert ist.

Neueste Entwicklungen sind die

a) Werkzeugverstellung über einen mit einem Linearmotor angetrie benen Schlitten, und die
b) Werkzeugverstellung mittels PIEZO-Translator
- zu a) Ein Unternehmen hat dazu eine solche Schneidenver stelleinrichtung entwickelt. Wesentliche Verbesserungen gegenüber den vorgenannten Einrichtungen sind die deutlich höhere Spindeldrehzahl sowie die Oszillations frequenz (Z.: dima 3/92 - "Trends bei Direktantrieben für Werkzeugmaschinen und Industrieroboter", S. 56 bis 59).
- zu b) Ein weiteres Unternehmen hat in seiner Hauszeitschrift ein Werkzeugschneiden-Feinverstellsystem mittels PIEZO-Translator vorgestellt. Die Verstelleinrichtung ist dabei in einen Standard-Werkzeughalter integriert (Z.: Position + Bewegung - Ausgabe 14, September 1992, S. 1 und 2).
- Dieses System ermöglicht zwar eine hohe Einstellge nauigkeit, jedoch ist durch die genannte geringe Grenzfrequenz die Bearbeitung unrunder Außengeo metrien nur eingeschränkt möglich. Das System eignet sich besser für nicht zylinderförmige Außengeometrien.

Aus der DE 32 45 053 A1 ist eine Werkzeugmaschine vorbekannt, bei der ein Werkstück und ein Werkzeug relativ zueinander rotieren, um eine Bear beitung am Werkstück durchzuführen, von der Art, die einen an einem Ende eingespannten länglichen Werkzeughalter mit einem am anderen Ende be festigten Werkzeug enthält, wobei Einrichtungen zur Ablenkung des Werk zeughalters zwischen dem eingespannten Ende und der Werkzeughalterung auf den Werkzeughalter einwirken, um so den Werkzeughalter während der Bearbeitung zur Variation der Lage des Werkzeugs relativ zum eingespann ten Ende um einen bestimmten Betrag abzulenken. Der Werkzeughalter wird aus zwei Seite an Seite miteinander verbundenen länglichen Gliedern aus verschiedenen Werkstoffen gebildet, wobei die Einrichtungen zur Ablenkung des Halters Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes um den Werk zeughalter enthalten und die Werkstoffe dieser Glieder so sind, daß die durch das Magnetfeld verursachte magnetostriktive Längenänderung der Glieder die genannte Ablenkung des Werkzeughalters erzeugt. Die Magnet feldeinrichtungen enthalten eine Spule, die zwischen dem eingespannten Ende und der Werkzeughalterung um den Werkzeughalter angeordnet ist. Es ist außerdem ein Kühlsystem vorgesehen, um die Temperatur des Werk zeughalters während der Bearbeitung im wesentlichen konstant zu halten. Des weiteren weist diese Werkzeugmaschine eine Dämpfungsanordnung zur Unterdrückung unerwünschter Ablenkungen des Werkzeughalters auf. Wäh rend der Bearbeitung rotiert der Werkzeughalter um seine ganze Länge, während das Werkstück feststeht. Es ist allerdings auch offenbart, das der Werkzeughalter nicht rotiert und das Werkstück während der Bearbeitung rotiert. Der Werkzeughalter wird somit gewissermaßen durch das Magnetfeld "verbogen" und somit direkt ausgelenkt.

Aus der DE-OS 20 56 071 ist eine hydraulische Nachstellvorrichtung für Werkzeuge vorbekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Nachstell element vorgesehen ist, dessen eines Ende auf einer über einen Hydrau likzylinder verstellbaren Schrägfläche gleitet. Das Nachstellelement ist als Stößel ausgebildet und in einer zur Längsachse des Hydraulikzylinders senk rechten Bohrung geführt und wirkt mit seinem zweiten Ende auf ein bewegli ches, das Werkzeug tragende Ende der Werkzeughalterung ein. Der Hy draulikzylinder ist doppelt wirkend ausgebildet. Die hydraulische Nachstell vorrichtung dient zur schrittweisen Bewegung eines Werkzeuges, und zwar zur Kompensation von Temperaturschwankungen und Werkzeugverschleiß. Temperaturschwankungen und Werkzeugverschleiß sind zwar instationäre, jedoch quasi-statische Vorgänge.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugschneiden-Ver stelleinrichtung zum hochgenauen spanenden Bearbeiten runder, unrunder und/oder nicht zylindrischer Innen- und/oder Außengeometrien beliebiger Funktion mit drehendem oder stehendem Werkzeug zu schaffen, die frei pro grammierbar ist und eine absolut spielfreie Werkzeugschneiden-Verstellung ermöglicht, bei hoher Auslenkungsfrequenz.

Lösung

Die Aufgabe wird nach einem der Patentansprüche 1 bis 4 gelöst.

Einige Vorteile

Unrunde und auch nicht zylinderförmige Werkstück-Geometrien erfordern Werkzeugschneiden-Auslenkungen unterschiedlicher Stellwege. Dies be deutet, daß die Schneide mehr oder weniger weit ausgelenkt werden muß was durch "Drücken" bzw. "Ziehen" möglich ist.

PIEZO′s können eigentlich nur auf Druck beansprucht werden, da der Quarz bzw. die Verbindung mit dem erforderlichen mechanischen Übertragungs element nur geringe Zugspannungen erlaubt. Zum Beispiel kann bei der Erfindung ein PIEZO eingesetzt werden, der eine maximale Druckkraft von 3.000 N bringt, aber nur etwa 700 N ziehen könnte. Bei der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch umgangen, daß mit dem PIEZO nur Druckkräfte auf das U-Gelenk ausgeübt werden und es damit verformen. Da die maximale Verformung weit innerhalb des elastischen Bereiches des Gelenkwerk stoffes, z. B. Stahl, liegt, federt das Gelenk bei Wegnahme oder Reduzie rung der Druckspannung automatisch wieder in seine Ausgangslage zurück. Damit kein undefinierter Verformungszustand eintreten kann, wird mit einer entsprechenden Vorspannung gearbeitet. Mit dieser Vorgehensweise wird sichergestellt, daß das System absolut spielfrei ist.

Das Festkörper-Gelenk in U-Form bildet somit ein federndes Rückstell element.

Durch die Nutzung des Hebeleffekts wird die (zu) geringe Dehnung des PIEZO′s in den zur Bearbeitung erforderlichen Schneidenstellweg übersetzt.

Durch die Anordnung eines externen Meßgliedes am Festkörper-Gelenk im Bereich der offenen U-Schenkel können jegliche Verformungen des Ge lenks, also

- der IST-Stellweg des PIEZO′s
- die Verlagerung des Werkzeugs durch Fliehkraft
- die Verlagerung des Werkzeugs durch Aufmaßschwankungen
- Temperaturdehnungen des Festkörper-Gelenks

exakt gemessen und im Regelkreis entsprechend korrigiert werden.

Eine nicht zylinderförmige und zugleich unrunde Bohrung (ähnliches gilt auch für die Herstellung von Außengeometrien) kann z. B. mit 2048 unter schiedlichen Schneidenauslenkungen (Stützstellen) pro Werkzeugspindel- Umdrehung und mit 100 Stützstellen pro Millimeter im Bohrungsvorschub hergestellt werden.

Des weiteren ist das System frei programmierbar. Die zu bearbeitende Geometrie kann in dem Zylinder-Koordinatensystem beliebig vorgegeben werden.

Zusammengefaßt besitzt eine erfindungsgemäße Werkzeugschneiden-Ver stelleinrichtung folgende vorteilhafte Eigenschaften:

- Genauigkeitsbearbeitung in spanender Formgebung mit drehen dem und stehendem Werkzeug
- Herstellung runder Werkstück-Geometrien
- Herstellung unrunder Werkstück-Geometrien beliebiger Funktion
- Herstellung zylinderförmiger Werkstück-Geometrien
- Herstellung nicht zylinderförmiger Werkstück-Geometrien beliebiger Funktion
- Herstellung unrunder und zugleich nicht zylinderförmiger Werk stück-Geometrien
- Absolut spielfreie Werkzeugschneiden-Verstellung
- Werkzeugschneidenauslenkung bzw. -korrektur in Schritten kleiner als 0,00001 mm (1/100 Mikrometer) programmierbar
- Werkzeug für die Bearbeitung von Bohrungen muß nicht abgestützt werden (fliegend)
- Abheben der Werkzeugschneide nach Bearbeitungsende (Rückziehen aus der Bohrung)
- Hohe Auslenkungsfrequenz von z. B. 600 Hz für unrunde bzw. nicht zylinderförmige Werkstück-Geometrien
- Verstelleinrichtung absolut verschleißfrei
Automatische Kompensation
- des Werkzeugspindel-Rundlauffehlers
- der Fliehkraft aus Wuchtfehlern und Schneidenauslenkung beim drehenden Werkzeug
- der Gewichtskraft am drehenden Werkzeug (statische Absenkung der einseitig eingespannten Bohrstange = Biegebalken)
- von Aufmaßschwankungen (= IST-Toleranz der zu bearbeitenden Geometrie)
- von unterschiedlichen Werkzeugschneidenbelastungen, z. B. beim unterbrochenen Schnitt
- thermischer Verlagerungen der Werkzeugverstelleinrichtung.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die werkzeugunabhängige Systemge nauigkeit.

Während somit ein Durchschnittsfachmann bisher zu der Überzeugung ge langen mußte, daß ein PIEZO als Stellglied einen zur Bearbeitung eines Werkstücks nicht ausreichenden Stellweg aufweist, wird nun durch die be sonderen, in der Erfindung vorgeschlagenen Merkmale, zum Beispiel durch das Übersetzungsverhältnis (Hebelarme) und dem erforderlichen Werkzeug schneiden-Verstellweg dies ermöglicht. Bei der Erfindung erfüllt somit ein Festkörpergelenk mit U-förmiger Grundgestalt eine dynamische Funktion, nämlich die Rückstellbewegung des Werkzeuges wird absolut spielfrei aus geführt.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

In den Patentansprüchen 5 bis 7 sind weitere vorteilhafte Ausführungs formen der Erfindung beschrieben.

Das am Festkörper-Gelenk im Bereich der offenen U-Schenkel angeordnete Meßglied in Form eines Wegaufnehmers kann an dieser Stelle die in den oben aufgelisteten Eigenschaften unter "automatischer Kompensation" auf geführten Fehler am besten und am sichersten messen. Die Meßsignal übertragung erfolgt über Schleifringläufer.

Die Drehwinkellage der Werkzeugschneide zum Werkstück wird mit einem Winkel-Absolutwertgeber ermittelt. Die genaue Kenntnis der Drehwinkellage ist absolute Voraussetzung zur Herstellung unrunder Werkstückgeometrien, z. B. einer Ellipse.

Der Weg-Absolutwertgeber ist zum Herstellen nicht zylindrischer Werk stückgeometrien, z. B. eines logarithmischen Profils, Voraussetzung. Dieser Geber übermittelt die exakte Position der Werkzeugschneide während des Längsvorschubs am Werkstück.

Der vom Meßglied ermittelte IST-Wert wird im Regler mit dem SOLL-Wert verglichen und das Steuersignal entsprechend angepaßt. Dies ermöglicht auch die automatische Kompensation der weiter oben beschriebenen Fehler.

Der Verstärker ist wegen der für den Betrieb des PIEZO′s notwendigen ho hen Stellspannung erforderlich.

Der SOLL-Wert der zu bearbeitenden Geometrie wird von einem geeigneten schnellen Rechner, z. B. einem Personalcomputer (PC), vorgegeben. Dabei werden die Signale der Absolutwertgeber in Echtzeit mit den in einem schnell auslesbaren Speicher tabellarisch abgelegten Stützstellen der Win kelposition und des Längsvorschubs der Werkzeugschneide absolut zum Werkstück verglichen und die zu diesen Parametern gehörige Geometrie stützstelle als SOLL-Wertvorgabe der Werkzeugschneidenauslenkung aus gelesen. Im Bedarfsfall ist aber auch eine NC-Steuerung anwendbar.

Bei der erfindungsgemäß realisierten Werkzeugspindel-Drehzahl von 6000 1/min kann dieser Prozeß mit einer Frequenz von 600 Hz sicher ablaufen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zei gen

Fig. 1 eine Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bohren, teils im Längsschnitt, teils in der An sicht, abgebrochen dargestellt, mit ausgelenkter Bohrstange;

Fig. 2 eine beispielsweise zu bearbeitende Werkstück geometrie mit Teilschnitten;

Fig. 3 Meßschrieb eines von der erfindungsgemäßen Werk zeugschneiden-Verstelleinrichtung bearbeiteten Polygons;

Fig. 4 einen Regelkreis zum Bohren in schematischer Darstellung;

Fig. 5 eine Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Drehen, teils in der Ansicht, teils im Schnitt, abgebrochen dargestellt; beim Außendrehen eines Werkstücks;

Fig. 6 einen Regelkreis zum Drehen in schematischer Darstellung;

Fig. 7 eine als Waage ausgebildete Ausführungsform des Festkörpergelenks mit unausgelenkter Bohrstange, teils in der Ansicht, teils im Schnitt;

Fig. 8 eine als Waage ausgebildete Ausführungsform ei nes Festkörpergelenks mit ausgelenktem Drehwerk zeug, teils in der Ansicht, teils im Schnitt und

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in den Fig. 1, 5, 7 bis 9 ein PIEZO-Translator bezeichnet, dem elektrische Leitungen 2 zugeordnet sind.

Der PIEZO-Translator 1 ist über einen Flansch 3 und meh rere über den Umfang des Flansches verteilt angeordnete Schrauben 4 mit einem Festkörper-Gelenk 5 verbunden, das in einem axial geführten Längsschnitt etwa die Form eines U aufweist.

Das Festkörper-Gelenk 5 besteht z. B. aus härtbarem Stahl, Kohlefaserverbundwerkstoffen, einem geeigneten Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff.

Das Festkörper-Gelenk 5 weist Schenkel 6 und 7 auf, die durch einen Steg 8 materialmäßig einstückig miteinander verbunden sind. Der Steg 8 dient als Drehpunkt. Im Be reich der offenen Schenkel ist ein Weg-Meßglied 9, z. B. ein Wegaufnehmer (Fig. 1), befestigt.

Des weiteren weist das Festkörper-Gelenk 5 z. B. einen Flansch 10 auf, der mit über seinem Umfang verteilten Schrauben 11 an einer motorisch angetriebenen Werkzeug spindel 12 befestigt wird (Fig. 1).

Mit dem Festkörper-Gelenk 5 ist bei dieser Ausbildung au ßerdem eine Bohrstange 15 lösbar verbunden. In Ruhestel lung ist die Längsachse 16 der Bohrstange 15 koaxial zur Längsachse des Festkörper-Gelenkes 5 und zur Längsachse des PIEZO-Translators 1 angeordnet.

In modifizierter Gestaltung ist das Werkzeug 25 orthogo nal zur Längsachse 30 des Festkörper-Gelenks 5 im beweg lichen Schenkel 7 lösbar angeordnet (Fig. 5). Diese Vorrichtung wird beim Drehen eingesetzt, bei dem das Werkzeug stillsteht und sich das Werkstück dreht. Demge genüber wird die z. B. aus Fig. 1 ersichtliche Vorrich tung beim Bohren eingesetzt, bei dem sich das Werkzeug dreht und das Werkstück ruht.

Der PIEZO-Translator 1 greift außerdem mit einem zylin drischen Fortsatz 17 in eine Bohrung 18 des Festkörper- Gelenkes 5 ein und besitzt an seinem Ende einen Druckauf nahmekörper 19, der über ein Kugelstück 20 und eine Druckaufnahme 21 sich gegen den federelastisch verformba ren Schenkel 7 abstützt.

Mit a ist der von der Mitte des Steges 8 bis zu einer Werkzeugschneide 22 gemessene Hebelarm und mit b der von der Mitte des Steges 8 zur Längsmittenachse 29 gemessene He belarm bezeichnet. Wie man erkennt, ist a um ein Vielfa ches größer als b, beispielsweise fünf bis zwölfmal so groß.

Mit dem Winkel α ist in Fig. 1 ein möglicher Auslenkwin kel der Längsachse 16 der Bohrstange 15 gegenüber der Ru hestellung bezeichnet.

Die Fig. 2 zeigt ein Werkstück, das mit einer erfindungs gemäßen Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zu bearbei ten ist. Die Teilschnitte A-A bis D-D zeigen orthogonal zur Längsachse geführte Querschnitte des aus Fig. 2 er sichtlichen Werkstücks.

Fig. 3 zeigt den Meßschrieb einer Unrund-Geometrie, die mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugschneiden-Verstell einrichtung bearbeitet worden ist.

Die Fig. 4 und 6 zeigen Regelkreise für eine erfindungs gemäße Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung.

Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen der Er findung, bei der für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden. Diese Ausführungsformen unterscheiden sich dadurch, daß an einem Körper 31 mit ihren Längsachsen 30 parallel zueinander angeordnete PIEZO-Translatoren vorgesehen sind, die sich über je ei nen Druckaufnahmekörper 19 gegen je ein Kugelstück 20 ab stützen. Die Kugelstücke 20 und die Druckaufnahmekörper 19 sind jeweils koaxial zur Längsachse des zugehörigen PIEZO-Translators 1 angeordnet. Diese Längsachsen schneiden orthogonal bei nicht ausgelenktem Schenkel 7 eine in Längs achsrichtung des Schenkels 7 verlaufende Längsachse 16 und bilden die Hebelarme b und c, die vorzugsweise gleich sind.

Die PIEZO-Translatoren wirken nach Art einer Waage. Die Zustellbewegung der Werkzeugschneide 22 wird dabei von dem einen PIEZO-Translator, z. B. dem unteren, erzeugt, während der andere PIEZO-Translator den Rückstellhub aus führt. Beide PIEZO-Translatoren wirken dabei mit gleichen Druckkräften auf den Schenkel 7.

Das Festkörpergelenk 5 befindet sich zwischen den beiden PIEZO-Translatoren im Übergangsbereich des Körpers 31 zum Schenkel 7.

Auch bei diesen Ausführungsformen ist im Bereich der of fenen Schenkel ein Weg-Meßglied 9, z. B. ein Wegaufnehmer, angeordnet.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 9, bei der eben falls für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszei chen über den vorbeschriebenen Ausführungsformen verwen det wurden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorbeschriebenen dadurch, daß zwei Körper 32 und 33 dort einen rechten Winkel mit ihren Längsachsen zueinan der bilden. In jedem der Körper 32 und 33 ist eine Boh rung angeordnet, die jeweils einen PIEZO-Translator 1 aufnimmt. Die Längsachsen 30 der PIEZO-Translatoren 1 schneiden sich rechtwinklig zueinander oberhalb des Fest körpergelenkpunktes 5 im Schenkel 7 und bilden die Hebelarme b und c, die vorzugsweise gleich sind. Jeder PIEZO-Trans lator 1 stützt sich über je einen Druckaufnahmekörper 19 auf einen Kugelkörper 20 ab. Die Längsachsen der Kugelstücke 20 schneiden sich ebenfalls rechtwinklig im Schenkel 7. Auch hier ist das Prinzip der Waage verwirklicht.

Bezugszeichenliste

1 PIEZO-Translator
2 Leitung
3 Flansch
4 Schraube
5 Festkörper-Gelenk
6 Schenkel
7 Schenkel
8 Steg
9 Weg-Meßglied
10 Flansch
11 Schraube
12 Werkzeugspindel
13 -
14 -
15 Bohrstange, Werkzeug
16 Längsachse
17 Fortsatz
18 Bohrung
19 Druckaufnahmekörper
20 Kugelstück
21 Druckaufnahme
22 Werkzeugschneide
23 Werkzeugträger
24 Werkstück
25 Werkzeug, Drehwerkzeug
26 -
27 -
28 Drehspindel
29 Längsmittenachse
30 Längsachse
31 Körper
32 Körper
33 Körper
a Hebelarm
b Hebelarm
c Hebelarm
α Auslenkwinkel

Claims

1. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkontu ren, wobei ein Werkzeug (15; 25) relativ gegenüber einem Werkstück (24) verstellbar ist, mit einer freiprogrammierbaren Steuerung zur Regelung aller zur Bearbeitung des Werkstücks (24) erforderlichen Bewegungs vorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (15; 25), wobei ein Festkörpergelenk (5) von etwa U-förmiger Grundgestalt mit zwei Schenkeln (6, 7) ausgebildet ist, derart, daß der eine Schenkel (6) fest mit einer Werkzeugspindel (12) oder einem Werkzeugträger (23) und der andere Schenkel (7) mit einer Bohrstange (15) oder einem Drehwerkzeug (25) verbunden ist und die Schenkel (6, 7) an einem Ende von einem Steg (8) verbunden sind, wobei durch den Mittelpunkt des Steges (8) eine Schwenkgelenkachse für den federelastisch beweglichen Schenkel (7) verläuft, und daß im Bereich des Steges (8) ein Weg-Meßglied (9) an geordnet ist, wobei mit dem einen Schenkel (6) ein PIEZO-Translator (1) gekuppelt ist, der über einen Druckaufnahmekörper (19) biegemomentfrei gegen den anderen federelastisch beweglichen Schenkel (7) wirkt, wobei der von der Mitte des die Schenkel (6, 7) bis zu der Werkzeug schneide (22) geradlinig gemessene Hebelarm (a) um ein Mehrfaches größer ist als der orthogonal von der Längsachse des Werkzeugs (15; 25) bis zu dem Mittelpunkt des Steges (8) gebildete Abstand (b).

2. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkon turen, wobei ein Werkzeug (15; 25) relativ gegenüber einem Werkstück (24) verstellbar ist, mit einer freiprogrammierbaren Steuerung zur Rege lung aller zur Bearbeitung des Werkstücks (24) erforderlichen Bewe gungsvorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (15; 25), wobei ein PIEZO-Translator (1) mit einem Festkörpergelenk (5) oder ei nem damit verbundenen Teil gekuppelt ist und auf dieses über einen Druckaufnahmekörper (19) biegemomentenfrei wirkt, und daß dem Fest körpergelenk (5) oder dem damit verbundenen Teil ein Weg-Meßglied (9) zugeordnet ist, wobei das Festkörpergelenk (5) von etwa U-förmiger Grundgestalt mit zwei Schenkeln (6, 7) ausgebildet ist, derart, daß der eine Schenkel (6) fest mit einer Werkzeugspindel (12) oder einem Werk zeugträger (23) und der andere Schenkel (7) mit einer Bohrstange (15) oder einem Drehwerkzeug (25) verbunden ist und die Schenkel (6, 7) an einem Ende von einem Steg (8) verbunden sind, wobei durch den Mittel punkt des Steges (8) eine Schwenkgelenkachse für den federelastisch beweglichen Schenkel (7) verläuft, wobei der von der Mitte des die Schenkel (6, 7) bis zu der Werkzeugschneide (22) geradlinig gemessene Hebelarm (a) um ein Mehrfaches größer ist als der orthogonal von der Längsachse des Werkzeugs (25) bis zu dem Mittelpunkt des Steges (8) gebildete Abstand (b).

3. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkon turen, wobei ein Werkzeug (15; 25) relativ gegenüber einem Werkstück (24) verstellbar ist, mit einer freiprogrammierbaren Steuerung zur Rege lung aller zur Bearbeitung des Werkstücks (24) erforderlichen Bewe gungsvorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (15; 25), wobei ein Festkörpergelenk (5) derart ausgebildet ist, daß ein Schenkel (7) und ein Körper (31) einstückig von einem Steg (8) verbunden sind, wobei durch den Mittelpunkt des Steges (8) eine Schwenkgelenkachse für den beweglichen Schenkel (7) verläuft und die Längsachse des Schen kels (7) orthogonal zu einer durch den Mittelpunkt des Festkörpergelenks und dem damit verbundenen Körper (31) verlaufenden Mittellinie an geordnet ist, auf deren beiden Seiten je ein PIEZO-Translator (1) an geordnet ist, wobei die Längsachsen (30) der PIEZO-Translatoren (1) parallel zueinander und orthogonal zur Längsachse des Schenkels (7) verlaufen, wobei die PIEZO-Translatoren (1) über je einen Druckaufnah mekörper (19) auf mit dem Schenkel (7) verbundenen Kugelstücken (20) einer Druckaufnahme (21) nach Art einer Waage einwirken, wobei die Längsmittenachsen der Druckaufnahmekörper (19) und der Kugelstücke (20) ebenfalls parallel zueinander und in nicht ausgelenkter Lage koaxial zu den Längsachsen der PIEZO-Translatoren (1) gerichtet sind, wobei der von der Mitte des Steges (8) bis zu der Werkzeugschneide (22) geradli nige Hebelarm (a) um ein Mehrfaches, vorzugsweise um ein Vielfaches, größer ist als der geradlinig von der Mitte des Steges (8) und orthogonal bis zu der durch das Kugelstück (20) und der Druckaufnahme (21) verlau fenden Längsmittenachse gebildete Abstand (b), und wobei im Bereich des Steges (8) ein Weg-Meßglied (9) angeordnet ist.

4. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung zum Bearbeiten von runden, unrunden und/oder nicht zylinderförmigen Innen- und/oder Außenkontu ren, wobei ein Werkzeug (15; 25) relativ gegenüber dem Werkstück (24) verstellbar ist, mit einer freiprogrammierbaren Steuerung zur Regelung aller zur Bearbeitung des Werkstücks (24) erforderlichen Bewegungs vorgänge der Werkzeugschneide (22) des Werkzeugs (15; 25), wobei ein Festkörpergelenk (5) derart ausgebildet ist, daß ein Schenkel (7) und ein Körper (32) und ein Körper (33) von einem Steg (8) verbunden sind, wobei durch den Mittelpunkt des Steges (8) eine Schwenkgelenkachse für den beweglichen Schenkel (7) verläuft und wobei die Körper (32; 33) einen Winkel miteinander einschließen und jedem dieser Körper (32; 33) je ein PIEZO-Translator zugeordnet ist, deren Längsachsen (30) sich in einem Mittelpunkt schneiden, der auf einer Linie liegt, die auch die Winkel halbierende der durch die Längsachsen (30) der PIEZO-Translatoren (1) eingeschlossenen Winkels bildet, und daß jeder PIEZO- Translator (1) nach Art einer Waage über je einen Druckaufnahmekörper (19) über ein Kugelstück (20) einer Druckaufnahme (21) auf den Schenkel (7) einwirkt und am Schenkel (7) das Werkzeug (15; 25) angeordnet ist, und im Bereich des Steges (8) ein Weg-Meßglied (9) angeordnet ist.

5. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Festkörpergelenk (5) mit einem Grundhalter einstückig oder lösbar verbunden ist, der in einem Werkzeugträger (23) eingreift und mit diesen kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, wobei das Werkzeug (15; 25) orthogonal zur Längsmittenachse (29) des Festkörpergelenkes (5) am Schenkel (7) lösbar angeordnet ist.

6. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für ein Bohrwerkzeug, wobei

a) eine Meßsignalübertragung über einen Schleifringläufer erfolgt;
b) eine Drehwinkellage der Werkzeugschneide (22) mit einem Winkel- Absolutwertgeber, der auf einer Werkzeugspindel (12) befestigt ist, ermittelt wird;
c) ein Weg-Absolutwertgeber die exakte Position der Werkzeug schneide (22) während des Längsvorschubes in der Bohrung weiter leitet;
d) ein von dem Weg-Meßglied (9) ermittelter IST-Wert in einem Regler mit einem SOLL-Wert verglichen und ein Steuersignal entsprechend angepaßt wird;
e) ein Verstärker vorgesehen ist;
f) der SOLL-Wert der zu bearbeitenden Geometrie von einem schnel len Rechner vorgegeben wird und dabei die Signale der Absolut wertgeber in Echtzeit mit den in einem schnell auslesbaren Speicher tabellarisch abgelegten Stützstellen der Winkelposition und der Längsposition der Werkzeugschneide (22) zum Werkstück (24) ver glichen und die zu diesen Parametern gehörige Geometrie-Stütz stelle als SOLL-Wert ausgegeben wird.

7. Werkzeugschneiden-Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für ein Drehwerkzeug, wobei

a) eine Drehwinkellage des Werkstücks (24) zur Werkzeugscheide (22) mit einem Winkel-Absolutwertgeber, der auf einer Drehspindel (28) befestigt ist, ermittelt wird;
b) ein Weg-Absolutwertgeber die exakte Position des Werkstücks (24) zur Werkzeugschneide (22) während des Längsvorschubs weiterlei tet;
c) ein von dem Weg-Meßglied (9) ermittelter IST-Wert in einem Regler mit einem SOLL-Wert verglichen und ein Steuersignal entsprechend angepaßt wird;
d) ein Verstärker vorgesehen ist;
e) der SOLL-Wert der zu bearbeitenden Geometrie von einem schnel len Rechner vorgegeben wird und dabei die Signale der Absolut wertgeber in Echtzeit mit den in einem schnell auslesbaren Speicher tabellarisch abgelegten Stützstellen der Winkelposition und der Längsposition der Werkzeugschneide (22) zum Werkstück (24) ver glichen und die zu diesen Parametern gehörige Geometrie-Stütz stelle als SOLL-Wert ausgegeben wird.