EP4017667A1 - Verfahren und vorrichtung zur spanabhebenden bearbeitung eines werkstücks - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur spanabhebenden bearbeitung eines werkstücks

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EP4017667A1
EP4017667A1 EP20735173.5A EP20735173A EP4017667A1 EP 4017667 A1 EP4017667 A1 EP 4017667A1 EP 20735173 A EP20735173 A EP 20735173A EP 4017667 A1 EP4017667 A1 EP 4017667A1
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EP
European Patent Office
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drilling
workpiece
frequency
axial
machining
Prior art date
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Application number
EP20735173.5A
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English (en)
French (fr)
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Broetje Automation GmbH
Original Assignee
Broetje Automation GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B35/00—Methods for boring or drilling, or for working essentially requiring the use of boring or drilling machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B39/00—General-purpose boring or drilling machines or devices; Sets of boring and/or drilling machines
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B47/00—Constructional features of components specially designed for boring or drilling machines; Accessories therefor
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    • B23B51/108—Bits for countersinking having a centering drill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2215/00—Details of workpieces
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2222/00—Materials of tools or workpieces composed of metals, alloys or metal matrices
    • B23B2222/88—Titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/27—Composites
    • B23B2226/275—Carbon fibre reinforced carbon composites

Definitions

  • the invention relates to a method for machining a workpiece according to the preamble of claim 1 and a device for machining a workpiece according to the preamble of claim 11.
  • the method in question for machining with drilling and subsequent countersinking is carried out with combined drilling and countersinking tools which have a tool section for drilling and a tool section with a countersink step.
  • the drilling / countersinking tool is subjected to an axial feed movement reaching up to a countersink end position.
  • the lowering end position corresponds to the axial position of the drilling / countersinking tool in which the lowering step engages the workpiece with the depth provided for the lowering.
  • the axial feed movement of the drilling-countersinking tool is superimposed with an axial vibration in order to break the chips produced by drilling the workpiece.
  • the amplitude of the axial vibration is reduced or canceled while the rotation of the drilling / countersinking tool is continued before the lowering end position is reached. By reducing or canceling the amplitude, the surface in the workpiece produced by the countersinking is smoothed.
  • the invention is based on the problem of specifying a method for the machining of a workpiece with drilling and subsequent countersinking, with which the dimensional accuracy of the bore and countersink obtained is further improved.
  • the above problem is solved in a method according to the preamble of claim 1 by the features of the characterizing part of claim 1.
  • the fundamental consideration is that by superimposing the axial feed movement with an axial vibration, in addition to the chip-breaking effect, it is also possible to suppress the undesired axial rattle of the drilling / countersinking tool. According to the proposal, it has been recognized that the axial vibration, when the frequency is reduced, leads in particular to erosion of the chatter marks and to increased dimensional accuracy.
  • the frequency of the axial vibration is lowered to a finishing frequency and the machining process is continued with the finishing frequency as the maximum frequency of the axial vibration until the lowering end position is reached .
  • the further configurations according to claims 7 to 10 relate to the more detailed configuration of the workpiece.
  • delamination of the layers is largely avoided using the proposed method.
  • the proposed method is also particularly advantageous in the case of workpieces comprising plastic materials according to an embodiment according to claim 10, in particular in the case of countersink machining in plastic materials, since the tendency for the plastic material to tear and splinter can be reduced.
  • a further optimization of the processing time and the result of the proposed method results from the fact that in the drilling process, the feed rate of the axial feed movement is set as a function of the axial position of the drilling / countersinking tool.
  • a device for machining a workpiece the device being set up for carrying out the proposed method, is claimed as such.
  • the device has a rotary drive for the axial rotation of the drilling / countersinking tool and a feed drive for providing the axial feed movement of the drill / countersinking tool relative to the workpiece and a control arrangement for controlling the feed drive.
  • the proposed method can be carried out on the basis of program instructions stored in a memory of the control arrangement of the device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the drilling / countersinking tool and the workpiece a) in a first section of the drilling process, b) in a second section of the drilling process and c) in a countersinking process according to the proposed method
  • FIG. 2 shows an illustration of the axial feed movement from FIG. 1 with superimposition of the axial vibration according to the proposed method
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the engagement of the drilling / countersinking tool in the material of the workpiece a) with an axial rattle and b) with the axial feed movement with superimposition of the axial vibration, and
  • FIG 4 shows an apparatus according to the proposal for carrying out the method according to the proposal.
  • the invention relates to a method for machining a workpiece 1, with drilling machining of workpiece 1 and subsequent countersinking of the hole obtained with drilling in workpiece 1 in a machining process by means of a drilling / countersinking tool 2.
  • a workpiece 1 is understood to mean an element to be machined within the framework of the machining process and in particular a component or semi-finished product to be machined.
  • a cylindrical bore is preferably produced in the workpiece 1 during drilling.
  • the drilling operation is followed by the countersinking operation to produce a countersink on the bore, the countersinking being introduced as a profiled, preferably conical, widening of the bore on at least one of the surfaces of the workpiece 1.
  • the drilling / countersinking tool 2 has a tool section 3 for drilling and a tool section 4 for countersinking the workpiece 1.
  • the tool section 3 for drilling is here and preferably designed as an approximately cylindrical twist drill.
  • the tool section 4 for machining the countersink is profiled and here and preferably is designed as a countersink step with a conical drilling section.
  • the tool section 4 for countersinking is also designed as a twist drill, the helical cutting edge of the drilling and countersinking tool 2 continuing from the tool section 3 into the tool section 4.
  • the drilling / countersinking tool 2 is set in axial rotation in the machining process.
  • axial and radial are correspondingly related to the axis of rotation R of the drilling / countersinking tool 2, which here is identical to the axis around which the helical cutting edge of the drill / countersink tool 2 runs.
  • the drilling / countersinking tool 2 is subjected to an axial feed movement and moved along the axis of rotation R in the direction of the workpiece 1.
  • a hole designed as a through hole is here and preferably generated in workpiece 1.
  • the countersinking is carried out, here and preferably in a single axial feed movement and without moving the drilling / countersinking tool 2 out of the workpiece 1 between and during the drilling and countersinking.
  • the tool section 4 with the countersink step engages the workpiece 1 during countersinking.
  • the axial feed movement is continued up to a lowering end position SE, at which the axial feed movement is ended.
  • the drilling / countersinking tool 2 is no longer moved axially in the direction of the workpiece 1 after it has reached the lowering end position SE. After the lowering end position SE has been reached, the drilling / countersinking tool 2 can rather be pulled out of the bore and countersink generated in the workpiece 1.
  • the drilling / countersinking tool 2 is withdrawn immediately after the lowering end position has been reached.
  • the drilling / countersinking tool 2 is withdrawn after holding the drilling / countersinking tool 2 for a predetermined holding time at the lowering end position SE.
  • the countersink obtained with the machining process is, here and preferably like the bore, approximately rotationally symmetrical about the axis of rotation R of the drilling / countersinking tool 2.
  • the lowering end position SE corresponds to the axial position of the drilling / countersinking tool 2, in which the tool section 4 engages the workpiece 1 with the depth provided for the lowering for machining.
  • the lowering end position SE is preferably specified on the basis of the geometry of the element provided for insertion into the bore, for example on the basis of the geometry of a rivet head of a rivet. For example, it is provided that the element provided for insertion ends flush with the surface of the workpiece 1 or is sunk to a predetermined depth below the surface or protrudes from the surface at a predetermined height.
  • the axial feed movement is superimposed with an axial vibration during the machining process, preferably during the entire machining process.
  • the drilling / countersinking tool 2 thus undergoes a movement in the axial feed direction, which is composed of an aperiodic, preferably at least partially constant, axial feed rate V and a periodic, axial movement from the axial vibration.
  • the axial vibration is preferably approximately sinusoidal, although other periodic configurations of the axial vibration are also conceivable.
  • the axial feed movement is superimposed with an axial vibration having a frequency f which is reduced by a frequency f compared to the frequency f used before the lowering.
  • the frequency f from the predetermined frequency lowering position S F to the lowering end position SE can be varied, but is at most the finishing frequency f C.
  • the frequency f from the predetermined frequency lowering position S F to the lowering end position SE is left constant and equal to the finishing frequency f C.
  • Fig. 2 shows the axial feed movement of the drilling / countersinking tool 2 with the superimposition of the axial vibration.
  • the axial position S of the drilling / countersinking tool 2 is shown here together with the aperiodic axial feed rate V and the frequency f of the axial vibration over time t.
  • the drilling / countersinking tool 2 is initially moved towards the workpiece 1 in the axial direction before the start of the machining process. From the point in time t1, when the machining start position SA is reached, from which the drilling / countersinking tool 2 engages the workpiece 1, the machining process and the drilling machining shown in FIG. 1a) begin.
  • the drilling process here has two drilling processing sections A and B, which will be explained in more detail below. In the drilling processing sections A and B, different aperiodic axial feed rates VA, VB and different frequencies f A , f B are used, with the drilling processing section A ending and the drilling processing section B beginning at time t2 and position SB.
  • the frequency f of the axial vibration is lowered to the finishing frequency f C.
  • the frequency f is lowered from the frequency f B used in the previous drilling machining section B to the finishing frequency f C.
  • the machining process is continued with the finishing frequency f C as the maximum frequency f of the axial vibration until the lowering end position SE is reached at time t4.
  • the frequency f with reaching the predetermined frequency quenzabsenkposition S f until reaching the lowering end position SE is constant and equal to the Endbearbeitungsfrequenz f C.
  • At least part of the countersink machining, and in any case the generation of the surface of the countersink is thus carried out with a frequency f that is lower than that of the previous machining.
  • the drilling / countersinking tool 2 When the lowering end position SE is reached, the drilling / countersinking tool 2 is operated for a specified holding time up to time ts without any axial feed movements. held. The drilling / countersinking tool 2 is then moved out of the workpiece 1.
  • Fig. 3 shows schematically the engagement of the drilling and countersinking tool 2 in the material of the workpiece 1.
  • Fig. 3a the effect of an axial rattle is shown.
  • the torque applied to the cutting edges of the drilling and countersinking tool 2 during an engagement causes an axial expansion of the drilling and countersinking tool 2, since the torque tends to "unwind" the spiral shape of the cutting edges.
  • the rigidity of the drilling and countersinking tool 2 counteracts this effect.
  • Fig. 3b shows the machining during the axial feed movement with superimposition of the axial vibration with reduced frequency f.
  • the chatter marks are removed with the rotation of the drilling-countersinking tool 2 due to the axial vibration with a comparatively low frequency that is forced in the feed movement.
  • the amplitude of the axial vibration is left the same or increased.
  • the machining process will be the same or increased amplitude until reaching the lowering end position S E continued. This further improves the removal of the chatter marks.
  • the frequency lowering position S F is defined such that the frequency lowering position S F is reached before the start of the lowering machining.
  • the frequency lowering position S F can also be reached during the countersink machining, so that at least for the start of the countersink machining there is an axial vibration with a high frequency f for effective chip breaking.
  • the frequency lowering position S F is defined in such a way that the frequency lowering position S F is reached after the end of the drilling operation.
  • a comparatively high frequency f of vibration is used for effective chip breaking until the end of the drilling operation.
  • the frequency lowering position S F is defined in such a way that the frequency lowering position is reached after the end of the drilling operation and before the start of the lowering operation. If a through hole is made in the workpiece 1 with the drilling, the drilling can be completed before the start of the countersinking process in that the tool section 6 for drilling already exits the workpiece 1 before the tool section 8 for countersinking engages with the workpiece 1 comes.
  • finishing frequencies f C For the completion of the countersinking machining, smaller finishing frequencies f C have proven to be advantageous compared to the frequencies f A , f B that are usually used in drilling operations with axial vibrations.
  • the finishing frequency f C is therefore smaller than all the frequencies f A , fe of the axial vibration used in the machining process before the predetermined frequency lowering position S F is reached.
  • the finishing fre- frequency f C at most 70%, more preferably at most 30%, in particular at most 10%, of the smallest frequency f A , f B of the axial vibration used in the machining process before reaching the specified frequency lowering position S F.
  • the finishing frequency f C is less than the basic frequency of the axial rattle of the drilling / countersinking tool. Accordingly, the axial rattle can be counteracted with the axial vibration.
  • radial oscillations of the drilling / countersinking tool 2 can also occur, which lead to the deviation of the bore and countersink from an ideal rotationally symmetrical shape.
  • the finishing frequency f C can be predetermined on the basis of the fundamental frequency of the radial oscillation of the drilling / countersinking tool 2, the finishing frequency f C being smaller than the basic frequency of the radial oscillation.
  • a further advantageous embodiment of the proposed method is given in that an aircraft structural component is machined as workpiece 1.
  • An aircraft structural component is, for example, fuselage parts, wing parts or tail unit parts of an aircraft, which are designed in particular as lightweight components.
  • a riveting of the aircraft structural component is preferably provided, the machining process for introducing a rivet into the aircraft structural component being carried out.
  • the proposed method is used to rivet the workpiece after the machining process by means of the bore and countersink generated in the machining process.
  • the machining process is carried out on a layer composite material of the workpiece 1.
  • the axial feed movement can run approximately perpendicular to the planes of the layers of the layered composite material and several layers can be machined with the machining process.
  • Preferred layer composite materials have layers made of titanium materials and plastic materials.
  • the machining process can generally be carried out on a titanium material of the workpiece, part of the workpiece or the entire workpiece being made from a titanium material.
  • a titanium material is understood here to mean titanium and alloys with the main alloy element titanium and titanium composite materials.
  • machining process preferably the countersink machining
  • a plastic material of the workpiece tearing and splitting of the plastic material can be effectively avoided using the proposed method.
  • a part of the workpiece or the entire workpiece can be made of a plastic material.
  • plastic materials are fiber-reinforced plastics and in particular carbon fiber-reinforced plastics.
  • the workpiece 1 accordingly shows a workpiece 1 which is formed by a layer composite material.
  • the workpiece has a first layer 5 made of carbon fiber reinforced plastic and a second layer 6 made of titanium.
  • the drilling operation is carried out through the first layer 10 and the second layer 12, while the countersinking operation produces a countersink in the first layer 10 made of carbon fiber reinforced plastic.
  • the feed speed V of the axial feed movement is set depending on the axial position of the drilling / countersinking tool 2 in the drilling process, the feed speed V preferably being set depending on the material of the workpiece 1 processed with the drilling process.
  • the drilling process has two drilling processing sections A and B, the bore being made in the first layer 10 in drilling processing section A and the bore being made in the second layer 12 in drilling processing section B.
  • different aperiodic axial feed rates VA.VB are provided, the first layer 10 made of carbon fiber reinforced plastic being machined at a higher axial feed rate VA.
  • the axial feed rate Vc is again set for the countersinking operation, here and preferably to a higher axial feed rate Vc than in the previous drilling operation.
  • a device for machining a workpiece is claimed as such. 4 shows an embodiment of the device which is set up to carry out a machining process by means of a drilling / countersinking tool 2 with drilling machining of workpiece 1 and subsequent countersinking machining of the bore in workpiece 1 obtained with drilling machining.
  • the device has a rotary drive 7 for the axial rotation of the drilling / countersinking tool 2.
  • a rotatably mounted tool spindle 8 is provided, which receives the drilling / countersinking tool 2 and is driven by a rotary motor 9.
  • the tool spindle 8 and the drilling / countersinking tool 2 rotate together around the axis of rotation R when the rotary drive 7 is actuated.
  • the device has a feed drive 10 to provide the axial feed movement of the drill / countersink tool 2 relative to the workpiece 1.
  • the feed drive 10 has a feed motor 11 and is set up to move the rotary drive 7 with the tool spindle 8 and the drilling / countersinking tool 2 together in the axial direction.
  • the device has a control arrangement 12 for controlling the feed drive 10.
  • the control arrangement is also set up to control the rotary drive 7.
  • the control arrangement can be set up to provide the axial feed movement and the superposition with an axial vibration.
  • the axial vibration is also carried out via a control of the feed drive 10 by means of the control arrangement 12.
  • the control arrangement 12 has a memory 13 with program instructions and at least one processor 14 for executing the program instructions.
  • program instructions are stored in the memory 13 which allow the proposed method to be carried out.
  • the memory 13 and the program instructions are set up, together with the processor 14, to cause the control arrangement 12 to control the feed drive 10 for carrying out the proposed method by means of the proposed device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks (1), wobei in einem Bearbeitungsprozess mittels eines Bohr-Senk- Werkzeugs (2) eine Bohrbearbeitung des Werkstücks (1) und anschließende Senkungsbearbeitung der mit der Bohrbearbeitung erhaltenen Bohrung im Werkstück (1) vorgenommen wird, wobei im Bearbeitungsprozess das Bohr- Senk-Werkzeug (2) unter axialer Rotation einer bis zu einer Senkungsendposition (SE) reichenden axialen Vorschubbewegung relativ zum Werkstück (1) unterworfen wird, und wobei die axiale Vorschubbewegung mit einer axialen Vibration überlagert wird. Es wird vorgeschlagen, dass mit Erreichen einer vorgegebenen Frequenzabsenkposition (SF) der axialen Vorschubbewegung durch das Bohr-Senk-Werkzeug (1) die Frequenz (f) der axialen Vibration auf eine Endbearbeitungsfrequenz (fc) abgesenkt wird und der Bearbeitungsprozess mit der Endbearbeitungsfrequenz (fc) als maximaler Frequenz (f) der axialen Vibration bis zum Erreichen der Senkungsendposition (SE) fortgesetzt wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR SPANABHEBENDEN BEARBEITUNG
EINES WERKSTÜCKS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Das in Rede stehende Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung mit einer Bohrbearbeitung und anschließender Senkungsbearbeitung wird mit kombinierten Bohr-Senk-Werkzeugen durchgeführt, welche einen Werkzeugabschnitt zur Bohrbearbeitung und einen Werkzeugabschnitt mit einer Senkstufe aufweisen. Das Bohr-Senk-Werkzeug wird einer bis zu einer Senkungsendposition reichenden axialen Vorschubbewegung unterworfen. Die Senkungsendposition entspricht der axialen Position des Bohr-Senk-Werkzeugs, in welcher die Senkstufe mit der für die Senkung vorgesehenen Tiefe in das Werkstück eingreift.
Bei dem bekannten Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung, von dem die Erfindung ausgeht, wird die axiale Vorschubbewegung des Bohr-Senk- Werkzeugs mit einer axialen Vibration überlagert, um die mit der Bohrbearbeitung des Werkstücks anfallenden Späne zu brechen. Die Amplitude der axialen Vibration wird unter Fortsetzung der Rotation des Bohr-Senk-Werkzeugs vor Erreichen der Senkungsendposition verringert oder aufgehoben. Durch das Verringern oder Aufheben der Amplitude wird ein Glätten der durch die Senkungsbearbeitung erzeugten Oberfläche im Werkstück bewirkt.
Bei dem bekannten Verfahren verbleibt jedoch weiterhin als Herausforderung, dass mit der Bohrbearbeitung und der Senkungsbearbeitung ein unerwünschtes axiales Rattern des Bohr-Senk-Werkzeugs auftreten kann. Durch das axiale Rattern entstehen neben einer hohen Belastung des Bohr-Senk-Werkzeugs auch Rattermarken an der durch die Senkungsbearbeitung erzeugten Oberfläche.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Bohrbearbeitung und anschließender Senkungsbearbeitung anzugeben, mit welchem die Maßhaltigkeit der erhaltenen Bohrung und Senkung weiter verbessert wird. Das obige Problem wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass mit der Überlagerung der axialen Vorschubbewegung mit einer axialen Vibration neben der spanbrechenden Wirkung auch ein Unterdrücken des unerwünschten axialen Ratterns des Bohr-Senk-Werkzeugs erreicht werden kann. Vorschlagsgemäß ist erkannt worden, dass die axiale Vibration unter Absenkung der Frequenz insbesondere zu einem Abtragen der Rattermarken und zu erhöhter Maßhaltigkeit führt.
Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass mit Erreichen einer vorgegebenen Frequenzabsenkposition der axialen Vorschubbewegung durch das Bohr-Senk- Werkzeug die Frequenz der axialen Vibration auf eine Endbearbeitungsfrequenz abgesenkt wird und der Bearbeitungsprozess mit der Endbearbeitungsfrequenz als maximale Frequenz der axialen Vibration bis zum Erreichen der Senkungsendposition fortgesetzt wird.
Bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 wird mit Erreichen der Frequenzabsenkposition die Amplitude der axialen Vibration gleich belassen oder erhöht und der Bearbeitungsprozess mit gleicher oder erhöhter Amplitude bis zum Erreichen der Senkungsbearbeitungsendposition fortgesetzt. Der positive Einfluss der axialen Vibration auf die Maßhaltigkeit wird damit weiter verbessert.
Die weiter bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 3 und 4 betreffen die Definition der Frequenzabsenkposition. In den ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 5 und 6 wird die Endbearbeitungsfrequenz weiter definiert.
Die weiteren Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 7 bis 10 betreffen die nähere Ausgestaltung des Werkstücks. Bei einem Vornehmen des Bearbeitungsprozesses an einem Schichtverbundmaterial gemäß Anspruch 8 wird über das vorschlagsgemäße Verfahren eine Delamination der Schichten weitgehend vermieden. Besonders vorteilhaft ist das vorschlagsgemäße Verfahren zudem bei Werkstücken aufweisend Kunststoffwerkstoffe nach einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 10, insbesondere bei einer Senkungsbearbeitung in Kunststoffwerkstoffe, da die Tendenz zum Ausreißen und Splittern des Kunststoffwerkstoffs reduziert werden kann.
Eine weitere Optimierung der Bearbeitungsdauer und des Ergebnisses des vorschlagsgemäßen Verfahrens ergibt sich gemäß Anspruch 11 dadurch, dass in der Bohrbearbeitung die Vorschubgeschwindigkeit der axialen Vorschubbewegung abhängig von der axialen Position des Bohr-Senk-Werkzeugs eingestellt wird.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 12, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks, wobei die Vorrichtung für die Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, als solche beansprucht. Die Vorrichtung weist einen Rotationsantrieb zur axialen Rotation des Bohr-Senk-Werkzeugs und einen Vorschubantrieb zur Bereitstellung der axialen Vorschubbewegung des Bohr- Senk-Werkzeugs relativ zu dem Werkstück sowie eine Steueranordnung zur Ansteuerung des Vorschubantriebs auf. Auf alle Ausführungen zu dem vorschlagsgemäßen Verfahren darf verwiesen werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 13 ist das vorschlagsgemäße Verfahren auf Grundlage von in einem Speicher der Steueranordnung der Vorrichtung hinterlegten Programmanweisungen durchführbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Bohr-Senk-Werkzeugs und des Werkstücks a) in einem ersten Abschnitt der Bohrbearbeitung, b) in einem zweiten Abschnitt der Bohrbearbeitung und c) in einer Senkungsbearbeitung gemäß dem vorschlagsgemäßen Verfahren, Fig. 2 eine Darstellung der axialen Vorschubbewegung aus Fig. 1 unter Überlagerung mit der axialen Vibration gemäß dem vorschlagsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Eingriffs des Bohr-Senk- Werkzeugs in das Material des Werkstücks a) bei einem axialen Rattern und b) bei der axialen Vorschubbewegung unter Überlagerung mit der axialen Vibration, und
Fig. 4 eine vorschlagsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks 1 , wobei in einem Bearbeitungsprozess mittels eines Bohr-Senk- Werkzeugs 2 eine Bohrbearbeitung des Werkstücks 1 und eine anschließende Senkungsbearbeitung der mit der Bohrbearbeitung erhaltenen Bohrung im Werkstück 1 vorgenommen wird.
Unter einem Werkstück 1 wird ein im Rahmen des Bearbeitungsprozesses zu bearbeitendes Element und insbesondere ein zu bearbeitendes Bauteil oder Halbzeug verstanden. Im Werkstück 1 wird in der Bohrbearbeitung vorzugsweise eine zylindrische Bohrung erzeugt. Der Bohrbearbeitung schließt sich zeitlich die Senkungsbearbeitung zur Erzeugung einer Senkung an der Bohrung an, wobei die Senkung als profilierte, vorzugsweise konische, Aufweitung der Bohrung an mindestens einer der Oberflächen des Werkstücks 1 eingebracht wird.
Das Bohr-Senk-Werkzeug 2 weist einen Werkzeugabschnitt 3 zur Bohrbearbeitung und einen Werkzeugabschnitt 4 zur Senkungsbearbeitung des Werkstücks 1 auf. Der Werkzeugabschnitt 3 zur Bohrbearbeitung ist hier und vorzugsweise als näherungsweise zylindrischer Spiralbohrer ausgebildet. Der Werkzeugabschnitt 4 zur Senkungsbearbeitung ist profiliert und hier und vorzugsweise als Senkstufe mit einem konischen Bohrabschnitt ausgebildet. Der Werkzeugabschnitt 4 zur Senkungsbearbeitung ist ebenfalls als Spiralbohrer ausgebildet, wobei sich die wendelförmige Schneide des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 vom Werkzeugabschnitt 3 in den Werkzeugabschnitt 4 fortsetzt. Das Bohr-Senk-Werkzeug 2 wird im Bearbeitungsprozess in axiale Rotation versetzt. Die Begriffe „axial“ und „radial“ sind entsprechend bezogen auf die Rotationsachse R des Bohr-Senk-Werkzeugs 2, welche hier identisch zu der Achse ist, um welche die wendelförmige Schneide des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 verläuft. Das Bohr-Senk-Werkzeug 2 wird einer axialen Vorschubbewegung unterworfen und entlang der Rotationsachse R in Richtung des Werkstücks 1 bewegt. Wie in Fig. 1a) gezeigt, kommt zunächst mit Beginn der Bohrbearbeitung der Werkzeugabschnitt 3 zur Bohrbearbeitung in Eingriff mit dem Werkstück 1. Unter der in Fig. 1b) gezeigten Fortsetzung der axialen Vorschubbewegung in der Bohlbearbeitung wird hier und vorzugsweise eine als Durchgangsbohrung ausgestaltete Bohrung im Werkstück 1 erzeugt.
Im Anschluss an die Bohrbearbeitung wird die Senkungsbearbeitung vorgenommen, hier und vorzugsweise in einer einzigen axialen Vorschubbewegung und ohne Herausbewegen des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 aus dem Werkstück 1 zwischen und während der Bohrbearbeitung und der Senkungsbearbeitung. Wie in Fig. 1c) dargestellt, gelangt in der Senkungsbearbeitung der Werkzeugabschnitt 4 mit der Senkstufe in Eingriff mit dem Werkstück 1. Die axiale Vorschubbewegung wird bis zu einer Senkungsendposition SE fortgesetzt, an welcher die axiale Vorschubbewegung beendet wird. Das Bohr-Senk-Werkzeug 2 wird nach Erreichen der Senkungsendposition SE nicht weiter axial in Richtung des Werkstücks 1 bewegt. Nach Erreichen der Senkungsendposition SE kann das Bohr-Senk-Werkzeug 2 vielmehr aus der erzeugten Bohrung und Senkung im Werkstück 1 herausgezogen werden. In einer Ausgestaltung wird das Herausziehen des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 zeitlich unmittelbar im Anschluss an das Erreichen der Senkungsendposition durchgeführt. Hier und in einer weiteren Ausgestaltung wird das Herausziehen des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 nach einem Halten des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 für eine vorgegebene Haltezeit an der Senkungsend Position SE durchgeführt. Die mit dem Bearbeitungsprozess erhaltene Senkung ist, hier und vorzugsweise wie die Bohrung, näherungsweise rotationssymmetrisch um die Rotationsachse R des Bohr-Senk- Werkzeugs 2.
Die Senkungsendposition SE entspricht der axialen Position des Bohr-Senk- Werkzeugs 2, in welcher der Werkzeugabschnitt 4 zur Senkungsbearbeitung mit der für die Senkung vorgesehenen Tiefe In das Werkstück 1 eingreift. Die Senkungsendposition SE wird vorzugsweise anhand der Geometrie des für ein Einführen in die Bohrung vorgesehenen Elements vorgegeben, beispielsweise anhand der Geometrie eines Nietkopfs eines Niets. Beispielsweise ist vorgesehen, dass das zum Einführen vorgesehene Element plan mit der Oberfläche des Werkstücks 1 abschließt oder bis zu einer vorgegebenen Tiefe unter der Oberfläche versenkt wird bzw. mit einer vorgegebenen Höhe von der Oberfläche hervorsteht.
Die axiale Vorschubbewegung wird während des Bearbeitungsprozesses, vorzugsweise während des gesamten Bearbeitungsprozesses, mit einer axialen Vibration überlagert. Das Bohr-Senk-Werkzeug 2 durchläuft somit während des Bearbeitungsprozesses eine Bewegung in der axialen Vorschubrichtung, welche sich aus einer aperiodischen, vorzugsweise zumindest abschnittsweise konstanten, axialen Vorschubgeschwindigkeit V und einer periodischen, axialen Bewegung aus der axialen Vibration zusammensetzt. Die axiale Vibration ist vorzugsweise näherungsweise sinusförmig, wobei jedoch auch andere periodische Ausgestaltungen der axialen Vibration denkbar sind.
Wesentlich ist nun, dass mit Erreichen einer vorgegebenen Frequenzabsenkposition SF der axialen Vorschubbewegung durch das Bohr-Senk-Werkzeug 2 die Frequenz f der axialen Vibration auf eine Endbearbeitungsfrequenz fC abgesenkt wird und der Bearbeitungsprozess mit der Endbearbeitungsfrequenz fC als maximale Frequenz f der axialen Vibration bis zum Erreichen der Senkungsendposition SE fortgesetzt wird.
Ab der vorgegebenen Frequenzabsenkposition SF bis zur Senkungsendposition SE wird hierbei die axiale Vorschubbewegung mit einer axialen Vibration aufweisend eine Frequenz f überlagert, welche mit einer im Vergleich zur vor der Absenkung verwendeten Frequenz f reduziert ist. Die Frequenz f ab der vorgegebenen Frequenzabsenkposition SF bis zur Senkungsendposition SE kann variiert werden, beträgt jedoch höchstens die Endbearbeitungsfrequenz fC. Hier und in einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Frequenz f ab der vorgegebenen Frequenzabsenkposition SF bis zur Senkungsendposition SE konstant und gleich der Endbearbeitungsfrequenz fC belassen. Fig. 2 zeigt die axiale Vorschubbewegung des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 unter Überlagerung mit der axialen Vibration. Die axiale Position S des Bohr-Senk- Werkzeugs 2 ist hierbei gemeinsam mit der aperiodischen axialen Vorschubgeschwindigkeit V und der Frequenz f der axialen Vibration über die Zeit t dargestellt.
Das Bohr-Senk-Werkzeug 2 wird zunächst vor Beginn des Bearbeitungspro- zesses in axialer Richtung auf das Werkstück 1 zu bewegt. Ab dem Zeitpunkt t1 wird mit Erreichen der Bearbeitungsstartposition SA, ab welcher das Bohr-Senk- Werkzeug 2 in das Werkstück 1 eingreift, mit dem Bearbeitungsprozess und der in Fig. 1a) gezeigten Bohrbearbeitung begonnen. Die Bohrbearbeitung weist hier zwei Bohrbearbeitungsabschnitte A und B auf, welche untenstehend noch weiter erläutert werden. In den Bohrbearbeitungsabschnitten A und B werden verschiedene aperiodische axiale Vorschubgeschwindigkeiten VA, VB und verschiedene Frequenzen fA, fB verwendet, wobei am Zeitpunkt t2 und Position SB der Bohrbearbeitungsabschnitt A endet und der Bohrbearbeitungsabschnitt B beginnt.
Entscheidend ist nun, dass mit Erreichen der vorgegebenen Frequenzabsenk- position Sf zum Zeitpunkt ts der axialen Vorschubbewegung durch das Bohr- Senk-Werkzeug 2 die Frequenz f der axialen Vibration auf die Endbearbeitungsfrequenz fC abgesenkt wird. Vorliegend wird die Frequenz f von der im vorhergehenden Bohrbearbeitungsabschnitt B verwendeten Frequenz fB auf die Endbearbeitungsfrequenz fC abgesenkt Der Bearbeitungsprozess wird mit der Endbearbeitungsfrequenz fC als maximaler Frequenz f der axialen Vibration bis zum Erreichen der Senkungsendposition SE zum Zeitpunkt t4 fortgesetzt. Hier und vorzugsweise wird die Frequenz f mit Erreichen der vorgegebenen Fre- quenzabsenkposition Sf bis zum Erreichen der Senkungsendposition SE konstant und gleich der Endbearbeitungsfrequenz fC gehalten. Zumindest ein Teil der Senkungsbearbeitung, und dabei jedenfalls die Erzeugung der Oberfläche der Senkung, wird somit mit einer gegenüber der vorhergehenden Bearbeitung abgesenkter Frequenz f vorgenommen.
Mit Erreichen der Senkungsendposition SE wird das Bohr-Senk-Werkzeug 2 für eine vorgegebene Haltezeit bis zum Zeitpunkt ts ohne axiale Vorschubbewe- gung gehalten. Anschließend wird das Bohr-Senk-Werkzeug 2 aus dem Werkstück 1 heraus bewegt.
Dadurch, dass die Frequenz f zumindest über einen Teil der Senkungsbearbeitung und dabei während der Erzeugung der Oberfläche der Senkung auf die Endbearbeitungsfrequenz fC begrenzt wird, kann die Oberflächenqualität verbessert werden. Fig. 3 zeigt zur Erläuterung schematisch den Eingriff des Bohr- Senk-Werkzeugs 2 in das Material des Werkstücks 1. In Fig. 3a) ist der Effekt eines axialen Ratterns dargestellt. Das während eines Eingriffs an den Schneiden des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 anliegende Drehmoment bewirkt eine axiale Dehnung des Bohr-Senk-Werkzeugs 2, da das Drehmoment zu einem .Abwickeln“ der Spiralform der Schneiden tendiert. Die Steifigkeit des Bohr-Senk- Werkzeugs 2 wirkt diesem Effekt entgegen. Aus der Wechselwirkung der axialen Kräfte auf das Bohr-Senk-Werkzeug 2 entstehen Schwingungen der Länge des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 in axialer Richtung. Fig. 3a) zeigt den Verlauf der Oberfläche des Bodens der Bohrung entlang einer Zylinderfläche um die Rotationsachse R. Durch die Schwingungen der Länge des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 entstehen periodische Erhebungen in der Oberfläche. Mit der gestrichelten Linie ist angedeutet, welche Oberfläche mit der nächsten Rotation des Bohr- Senk-Werkzeugs 2 durch die spanabhebende Bearbeitung erzeugt wird. Abhängig von der Phasenverschiebung der periodischen Erhebungen in der Oberfläche und der axialen Schwingung des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 entsteht ein axiales Rattern des Werkzeugs. Dieser Effekt lässt sich auch in der mit der Senkung erzeugten Oberfläche in Form von sogenannten Rattermarken erkennen.
Fig. 3b) zeigt die Bearbeitung bei der axialen Vorschubbewegung unter Überlagerung mit der axialen Vibration mit abgesenkter Frequenz f. Durch die in der Vorschubbewegung erzwungene axiale Vibration mit vergleichsweise niedriger Frequenz werden die Rattermarken mit der Rotation des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 abgetragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens wird mit Erreichen der Frequenzabsenkposition SF die Amplitude der axialen Vibrati- on gleich belassen oder erhöht. Der Bearbeitungsprozess wird mit gleicher oder erhöhter Amplitude bis zum Erreichen der Senkungsendposition SE fortgesetzt. Hiermit wird das Abtragen der Rattermarken weiter verbessert.
In einer nächsten, bevorzugten Ausgestaltung ist die Frequenzabsenkposition SF derart definiert, dass die Frequenzabsenkposition SF vor dem Beginn der Senkungsbearbeitung erreicht wird. Folglich wird die Frequenz f der axialen Vibration gerade in der Senkungsbearbeitung angepasst, welche für die Oberfläche der Senkung entscheidend ist.
In einer alternativen Ausgestaltung kann allerdings auch die Frequenzabsenkposition SF während der Senkungsbearbeitung erreicht werden, sodass zumindest für den Beginn der Senkungsbearbeitung eine axiale Vibration mit hoher Frequenz f zum effektiven Spanbrechen vorliegt.
In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist die Frequenzabsenkposition SF derart definiert, dass die Frequenzabsenkposition SF nach einem Ende der Bohrbearbeitung erreicht wird. Folglich wird bis zum Ende der Bohrbearbeitung eine vergleichsweise hohe Frequenz f der Vibration für einen effektiven Spanbruch eingesetzt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Frequenzabsenk- position SF derart definiert, dass die Frequenzabsenkposition nach einem Ende der Bohrbearbeitung und vor dem Beginn der Senkungsbearbeitung erreicht wird. Wird mit der Bohrbearbeitung eine Durchgangsbohrung in das Werkstück 1 eingebracht, kann die Bohrbearbeitung bereits vor dem Beginn der Senkungsbearbeitung dadurch beendet sein, dass der Werkzeugabschnitt 6 zur Bohrbearbeitung bereits aus dem Werkstück 1 austritt, bevor der Werkzeugabschnitt 8 zur Senkungsbearbeitung in Eingriff mit dem Werkstück 1 kommt.
Für den Abschluss der Senkungsbearbeitung haben sich im Vergleich zu üblicherweise bei Bohrbearbeitungen mit axialen Vibrationen verwendeten Frequenzen fA, fB kleinere Endbearbeitungsfrequenzen fC als vorteilhaft herausgestellt. In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist daher die Endbearbeitungsfrequenz fC kleiner als sämtliche im Bearbeitungsprozess vor Erreichen der vorgegebenen Frequenzabsenkposition SF verwendeten Frequenzen fA, fe der axialen Vibration. Vorzugsweise beträgt die Endbearbeitungsfre- quenz fC höchstens 70 %, weiter vorzugweise höchstens 30 %, insbesondere höchstens 10%, der kleinsten, vor Erreichen der vorgegebenen Frequenzab- senkposition SF im Bearbeitungsprozess verwendeten, Frequenz fA, fB der axialen Vibration.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Endbearbeitungsfrequenz fC kleiner als die Grundfrequenz des axialen Ratterns des Bohr-Senk- Werkzeugs. Entsprechend kann mit der axialen Vibration dem axialen Rattern entgegengewirkt werden. Neben einem axialen Rattern kann ebenso ein radiales Schwingen des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 auftreten, welche zur Abweichung der Bohrung und Senkung von einer idealen rotationssymmetrischen Form führen. Entsprechend kann die Endbearbeitungsfrequenz fC anhand der Grundfrequenz des radialen Schwingens des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 vorgegeben werden, wobei die Endbearbeitungsfrequenz fC kleiner ist als die Grundfrequenz des radialen Schwingens.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens ist dadurch gegeben, dass als Werkstück 1 ein Flugzeugstrukturbauteil bearbeitet wird. Bei einem Flugzeugstrukturbauteil handelt es sich zum Beispiel um Rumpfteile, Flügelteile oder Leitwerkteile eines Flugzeugs, welche insbesondere als Leichtbauteile ausgeführt sind. Bevorzugt ist ein Vernieten des Flugzeugstrukturbauteils vorgesehen, wobei der Bearbeitungsprozess zum Einbringen eines Niets in das Flugzeugstrukturbauteil vorgenommen wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird mit dem vorschlagsgemäßen Verfahren nach dem Bearbeitungsprozess eine Vernietung des Werkstücks mittels der im Bearbeitungsprozess erzeugten Bohrung und Senkung durchgeführt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Bearbeitungsprozess an einem Schichtverbundmaterial des Werkstücks 1 vorgenommen. Die axiale Vorschubbewegung kann hierbei näherungsweise senkrecht zu den Ebenen der Schichten des Schichtverbundmaterials verlaufen und mit dem Bearbeitungsprozess mehrere Schichten bearbeitet werden. Bevorzugte Schichtverbundmaterialien weisen Schichten aus Titanwerkstoffen und Kunststoffwerkstoffen auf. Der Bearbeitungsprozess kann darüber hinaus allgemein an einem Titanwerkstoff des Werkstücks vorgenommen werden, wobei ein Teil des Werkstücks oder das gesamte Werkstück aus einem Titanwerkstoff ausgeführt ist. Unter einem Titanwerkstoff werden hierbei Titan und Legierungen mit dem Hauptlegierungselement Titan sowie Titanverbundmaterialien verstanden.
Wird der Bearbeitungsprozess, vorzugsweise die Senkungsbearbeitung, an einem Kunststoffwerkstoff des Werkstücks vorgenommen, kann über das vor- schiagsgemäße Verfahren ein Ausreißen und Splittern des Kunststoffwerkstoffe effektiv vermieden werden. Ein Teil des Werkstücks oder das gesamte Werkstück kann aus einem Kunststoffwerkstoff ausgeführt sein. Bevorzugte Beispiele von Kunststoffwerkstoffen sind faserverstärkte Kunststoffe und insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe.
Fig. 1 zeigt entsprechend ein Werkstück 1 , welches durch ein Schichtverbundmaterial gebildet wird. Das Werkstück weist eine erste Schicht 5 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und eine zweite Schicht 6 aus Titan auf. Die Bohrbearbeitung wird durch die erste Schicht 10 und zweite Schicht 12 vorgenommen, während in der Senkungsbearbeitung eine Senkung in der ersten Schicht 10 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff erzeugt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird in der Bohrbearbeitung die Vorschubgeschwindigkeit V der axialen Vorschubbewegung abhängig von der axialen Position des Bohr-Senk-Werkzeugs 2 eingestellt, wobei vorzugsweise die Vorschubgeschwindigkeit V abhängig von dem mit der Bohrbearbeitung bearbeiteten Werkstoff des Werkstücks 1 eingestellt wird. Vorliegend weist die Bohrbearbeitung zwei Bohrbearbeitungsabschnitte A und B auf, wobei in Bohrbearbeitungsabschnitt A die Bohrung in die erste Schicht 10 und in Bohrbearbeitungsabschnitt B die Bohrung in die zweite Schicht 12 eingebracht wird. In den Bohrbearbeitungsabschnitten A und B werden verschiedene aperiodische axiale Vorschubgeschwindigkeiten VA.VB vorgesehen, wobei die erste Schicht 10 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff mit einer höheren axialen Vorschubgeschwindigkeiten VA bearbeitet wird. Ebenfalls werden verschiedene Frequenzen fA, fB für die axiale Vibration verwendet, welche jeweils denen mit der Bohrbearbeitung bearbeiteten Werkstoffen des Werkstücks angepasst sind. Das Ergebnis der Bohrbearbeitung kann somit bei gleichzeitiger Reduzie- rung der Bearbeitungsdauer verbessert werden. In einer weiteren Ausgestaltung wird für die Senkungsbearbeitung wiederum die axiale Vorschubgeschwindigkeit Vc eingestellt, hier und vorzugsweise auf eine höhere axiale Vorschubgeschwindigkeit Vc als bei der vorhergehenden Bohrbearbeitung.
Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks als solche beansprucht. Fig. 4 zeigt hierzu eine Ausgestaltung der Vorrichtung, welche zur Durchführung eines Bearbeitungsprozesses mittels eines Bohr-Senk- Werkzeugs 2 mit einer Bohrbearbeitung des Werkstücks 1 und einer anschließende Senkungsbearbeitung der mit der Bohrbearbeitung erhaltenen Bohrung im Werkstück 1 eingerichtet ist.
Die Vorrichtung weist einen Rotationsantrieb 7 zur axialen Rotation des Bohr- Senk-Werkzeugs 2 auf. Hier und vorzugsweise ist eine drehbar gelagerte Werkzeugspindel 8 vorgesehen, welche das Bohr-Senk-Werkzeug 2 aufnimmt und von einem Rotationsmotor 9 angetrieben wird. Die Werkzeugspindel 8 und das Bohr-Senk-Werkzeug 2 rotieren bei einem Ansteuem des Rotationsantriebs 7 gemeinsam um die Rotationsachse R. Die Vorrichtung weist einen Vorschubantrieb 10 zur Bereitstellung der axialen Vorschubbewegung des Bohr- Senk-Werkzeugs 2 relativ zu dem Werkstück 1 auf. Der Vorschubantrieb 10 weist einen Vorschubmotor 11 auf und ist dafür eingerichtet, den Rotationsantrieb 7 mit der Werkzeugspindel 8 und dem Bohr-Senk-Werkzeug 2 gemeinsam in axialer Richtung zu verfahren. Die Vorrichtung weist eine Steueranordnung 12 zur Ansteuerung des Vorschubantriebs 10 auf. Hier und vorzugsweise ist die Steueranordnung ebenfalls zur Ansteuerung des Rotationsantriebs 7 eingerich- tet.
Wesentlich ist, dass die vorschlagsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Insbesondere kann die Steueranordnung dafür eingerichtet sein, die axiale Vorschubbewegung und die Überlagerung mit einer axialen Vibration bereitzustellen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird auch die axiale Vibration über eine Ansteuerung des Vorschubantriebs 10 mittels der Steueranordnung 12 durchgeführt. Auf alle Ausführungen zum vorschlagsgemäßen Verfahren darf verwiesen werden. in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung weist die Steueranordnung 12 einen Speicher 13 mit Programmanweisungen und mindestens einen Prozessor 14 zum Ausführen der Programmanweisungen auf. Im Speicher 13 sind hierbei Programmanweisungen hinterlegt, welche die Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens erlauben. Der Speicher 13 und die Programmanweisungen sind eingerichtet, gemeinsam mit dem Prozessor 14 die Steueranordnung 12 zu veranlassen, den Vorschubantrieb 10 zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens mittels der vorschlagsgemäßen Vorrichtung anzusteuem.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks (1), wobei in einem Bearbeitungsprozess mittels eines Bohr-Senk-Werkzeugs (2) eine Bohrbearbeitung des Werkstücks (1) und eine anschließende Senkungsbearbeitung der mit der Bohrbearbeitung erhaltenen Bohrung im Werkstück (1) vorgenommen wird, wobei im Bearbeitungsprozess das Bohr-Senk-Werkzeug (2) unter axialer Rotation einer bis zu einer Senkungsendposition (SE) reichenden axialen Vorschubbewegung relativ zum Werkstück (1) unterworfen wird, und wobei die axiale Vorschubbewegung mit einer axialen Vibration überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen einer vorgegebenen Frequenzabsenkposition (SF) der axialen Vorschubbewegung durch das Bohr-Senk-Werkzeug (1) die Frequenz (f) der axialen Vibration auf eine Endbearbeitungsfrequenz (fC) abgesenkt wird und der Bearbeitungsprozess mit der Endbearbeitungsfrequenz (fC) als maximaler Frequenz (f) der axialen Vibration bis zum Erreichen der Senkungsendposition (SE) fortgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit Erreichen der Frequenzabsenkposition (SF) die Amplitude der axialen Vibration gleich belassen oder erhöht wird und der Bearbeitungsprozess mit gleicher oder erhöhter Amplitude bis zum Erreichen der Senkungsendposition (SE) fortgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzabsenkposition (SF) derart definiert ist, dass die Frequenzabsenkposition (SF) vor dem Beginn der Senkungsbearbeitung erreicht wird, oder, dass die Frequenzabsenkposition (SF) während der Senkungsbearbeitung erreicht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzabsenkposition (SF) derart definiert ist, dass die Frequenzabsenkposition (SF) nach einem Beenden der Bohrbearbeitung erreicht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbearbeitungsfrequenz (fC) kleiner ist als sämtliche im Bearbeitungsprozess vor Erreichen der vorgegebenen Frequenzabsenkposition (SF) verwendeten Frequenzen (fA, fB) der axialen Vibration.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbearbeitungsfrequenz (fC) kleiner ist als die Grundfrequenz des axialen Ratterns des Bohr-Senk-Werkzeugs (2), und/oder, dass die Endbearbeitungsfrequenz (fC) kleiner ist als die Grundfrequenz des radialen Schwingens des Bohr-Senk-Werkzeugs (2).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück (1) ein Flugzeugstrukturbauteil bearbeitet wird, vorzugsweise, dass der Bearbeitungsprozess zum Einbringen eines Niets in das Flugzeugstrukturbauteil vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsprozess an einem Schichtverbundmaterial des Werkstücks (1) vorgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsprozess an einem Titanwerkstoff des Werkstücks (1) vorgenommen wird, vorzugsweise, dass der Titanwerkstoff mindestens eine Schicht (6) des Schichtverbundmaterial des Werkstücks (1) bildet.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsprozess, vorzugsweise die Senkungsbearbeitung, an einem Kunststoffwerkstoff des Werkstücks (1) vorgenommen wird, vorzugsweise, dass der Kunststoffwerkstoff mindestens eine Schicht (5) des Schichtverbundmaterials des Werkstücks (1) bildet.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bohrbearbeitung die Vorschubgeschwindigkeit (V) der axialen Vorschubbewegung abhängig von der axialen Position des Bohr-Senk- Werkzeugs (2) eingestellt wird, vorzugsweise, dass die Vorschubgeschwindigkeit (V) abhängig von dem mit der Bohrbearbeitung bearbeiteten Werkstoff des Werkstücks (1) eingestellt wird.
12. Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks (1), in welcher in einem Bearbeitungsprozess mittels eines Bohr-Senk-Werkzeugs (2) eine Bohrbearbeitung des Werkstücks (1) und eine anschließende Senkungsbearbeitung der mit der Bohrbearbeitung erhaltenen Bohrung im Werkstück (1) vorgenommen wird, wobei die Vorrichtung einen Rotationsantrieb (7) zur axialen Rotation des Bohr-Senk-Werkzeugs (2) und einen Vorschubantrieb (10) zur Bereitstellung einer axialen Vorschubbewegung des Bohr-Senk-Werkzeugs (2) relativ zu dem Werkstück (1) aufweist, und wobei die Vorrichtung eine Steueranordnung (12) zur Ansteuerung des Vorschubantriebs (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung (12) einen Speicher (13) mit Programmanweisungen und mindestens einen Prozessor (14) zum Ausführen der Programmanweisungen aufweist, und dass der Speicher (13) und die Programmanweisungen eingerichtet sind, gemeinsam mit dem Prozessor (14) die Steueranordnung (12) zu veranlassen, den Vorschubantrieb (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mittels der Vorrichtung anzusteuem.
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