DE102014009526B4

DE102014009526B4 - Werkzeugspindel zur Feinbearbeitung

Info

Publication number: DE102014009526B4
Application number: DE102014009526.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Lamer
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: DE102014009526A1

Abstract

Werkzeugspindel zur Bearbeitung von Außen- und/oder Innenkonturen mit polar und/oder axial beliebig verlaufenden Mantellinien, mit einem ein Festkörpergelenk (13) mit zwei Schenkeln (15, 16) aufweisenden Werkzeughalter (1), wobei der eine Schenkel (15) fest mit dem Werkzeughalter (1) verbunden ist und der andere federelastisch bewegbare Schenkel (16) ein Werkzeug (3) aufnimmt, wobei die Werkzeugschneide (14) des Werkzeugs (3) tangential zur Rotationsbewegung am Werkstück angreift und radial zum Werkstück zustellbar ist, wobei zur Durchführung der Zustellbewegung eine translatorische Antriebseinheit (10) vorgesehen ist, wobei die Werkzeugspindel in einem Spindelgehäuse (5) angeordnet ist und wobei die Antriebseinheit (10) drehsteif mit dem Spindelgehäuse (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Piezotranslator ausgeführte Antriebseinheit (10) mehrere Zustellbewegungen der Werkzeugschneide (3) innerhalb einer 360° Umdrehung ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspindel zur Bearbeitung von Außen- und/oder Innenkonturen mit polar und/oder axial beliebig verlaufenden Mantellinien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Aus der DE 44 01 496 C2 ist eine Werkzeugschneidenverstelleinrichtung zur Bearbeitung von runden, unrunden oder nicht zylinderförmigen Innen- oder Außenkonturen bekannt. Diese weist einen Werkzeughalter mit einem Festkörpergelenk auf. Am federelastischen Schenkel des Festkörpergelenks ist ein Werkzeug angeordnet, das über einen Linearantrieb radial zum Werkstück zustellbar ist. Der Antrieb für die Zustellbewegung erfolgt über ein Piezostellglied, das im Zentrum der Werkzeugspindel angeordnet ist und mit dieser zusammen in Rotation versetzt wird. Die Bewegungen des federelastischen Schenkels werden von einem Wegaufnehmer erfasst, der ebenfalls mit der Werkzeugspindel rotiert. Ein Messsignal- und ein Stellsignalübertrager greifen die Signale von der rotierenden Werkzeugspindel ab, so dass diese zur Maschinensteuerung weitergeleitet werden können. Innerhalb der Werkzeugspindel steht nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung. Dadurch wird die maximale Leistung des Piezostellglieds eingeschränkt, was sich negativ auf die maximal möglichen Verstellkräfte und/oder Verstellwege auswirkt. Die DE 38 28 854 A1 betrifft einen Drehmeißel für eine Feinbohrmaschine. Die Werkzeugschneide ist ebenfalls an einem federelastischen Schenkel eines Festkörpergelenks angeordnet. Als Antrieb ist ein piezoelektrischer Stellmotor im Innern der Arbeitsspindel angeordnet. Zur Kompensation von Störfaktoren wird die Zustellbewegung über eine Lageregelung geregelt. Über die Zuführung von Energie, bzw. Meß- und Steuersignalen zur rotierenden Arbeitsspindel ist nichts ausgesagt. Die DE 1 920 939 A offenbart eine Bohrvorrichtung mit automatischem Ausgleich des Werkzeugverschleißes. Dabei wird der Bohrungsdurchmesser gemessen und mit einem Sollwert verglichen. Bei Abweichungen wird eine Werkzeugverstelleinrichtung aktiviert, um die aufgetretene Abnutzung auszugleichen. Die Werkzeugschneide kann mittels einer Keilstange in radialer Richtung verstellt werden. Die Keilstange wirkt mit einer Gewindespindel zusammen, die ortsfest am Maschinengestell angeordnet ist. Die Verstell Bewegungen werden mit Endschaltern begrenzt.
Aufgabe
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einsatzbereich einer Werkzeugspindel zur Bearbeitung von Außen- und/oder Innenkonturen mit polar und/oder axial beliebig verlaufenden Mantellinien zu erweitern.
Lösung
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Werkzeugspindel nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung werden der Antrieb für die Zustellbewegung und der zugehörige Wegaufnehmer aus der rotierenden Werkzeugspindel herausgenommen und relativ zum Spindelgehäuse orts- bzw. drehfest angeordnet. Die vom Antrieb erzeugte Linearbewegung wird über ein Axiallager auf eine rotierende Druckstange übertragen, welche durch eine Hohlspindel im Spindelmotor hindurchgeführt wird und direkt mit einem federelastischen Schenkel eines Festkörperscharniers in Wirkverbindung steht. Außerhalb der Werkzeugspindel steht ausreichend Bauraum zur Verfügung, so dass die im Stand der Technik vorhandenen Einschränkungen entfallen. Außerdem wird die Übertragung der Mess- und Stellsignale vereinfacht, weil diese nicht mehr von der rotierenden Spindelwelle abgegriffen werden müssen. Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugspindel teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht
In 1 ist eine Werkzeugspindel mit einem Spindelmotor 6 in einem Spindelgehäuse 5 dargestellt. Zur Befestigung an einem Transportschlitten oder ähnlich ist ein Flansch 12 vorgesehen. Der Spindelmotor 6 treibt über eine nicht dargestellte Hohlspindel einen Werkzeughalter 1 an, so dass dieser um die Rotationsachse 2 rotiert. Stirnseitig ist am Werkzeughalter 1 ein Festkörpergelenk 13 vorgesehen, das auf einer Zone gezielter elastischer Verformung beruht, die eine Schwenkbewegung eines Schenkels 16 erlaubt. Am Schenkel 16 ist ein Werkzeug 3 mit einer Werkzeugschneide 14 angeordnet. Diese kann mit einer geringen aber genau einstellbaren Schwenkbewegung des federelastischen Schenkels 16 radial zu einem nicht dargestellten Werkstück zugestellt werden. Der andere Schenkel 15 des Festkörpergelenks 13 ist fest mit dem Werkzeughalter 1 verbunden. Die Zustellbewegung wird von einer Antriebseinheit 10 bewirkt. Diese ist als Piezotranslator ausgeführt und auf der dem Werkzeughalter 1 gegenüberliegenden Seite des Spindelmotors 6 angeordnet. Die Antriebseinheit 10 ist fest mit dem Gehäusedeckel 9 verbunden, der wiederum drehfest mit dem Spindelgehäuse 5 verschraubt ist. Über ein Axiallager 7 und die Druckplatte 8 kann die damit verbundene Druckstange 4 linear bewegt werden. Mit dieser Anordnung wird die Linearbewegung von der ruhenden Antriebseinheit 10 auf das mit dem Werkzeughalter 1 rotierende Werkzeug 3 übertragen. Vorteilhaft ist an der Antriebseinheit 10 ein Wegaufnehmer 11 vorgesehen, der die Bewegungen erfasst und in elektrische Signale für die Maschinensteuerung umwandelt. Da der Piezotranslator mit hoher Taktfrequenz arbeiten kann, sind sogar bei hohen Drehzahlen des Werkzeugs 3 mehrere Zustellbewegungen der Werkzeugschneide 14 innerhalb einer 360° Umdrehung möglich. Auf diese Weise können hochovale, einseitig hochovale oder sogar frei geformte Außen- und/oder Innenkonturen bearbeitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeughalter
2: Rotationsachse
3: Werkzeug
4: Schubstange
5: Spindelgehäuse
6: Spindelmotor
7: Axiallager
8: Druckplatte
9: Gehäusedeckel
10: Antriebseinheit
11: Wegaufnehmer
12: Flansch
13: Festkörpergelenk
14: Werkzeugschneide
15: Schenkel
16: Schenkel

Claims

Werkzeugspindel zur Bearbeitung von Außen- und/oder Innenkonturen mit polar und/oder axial beliebig verlaufenden Mantellinien, mit einem ein Festkörpergelenk (13) mit zwei Schenkeln (15, 16) aufweisenden Werkzeughalter (1), wobei der eine Schenkel (15) fest mit dem Werkzeughalter (1) verbunden ist und der andere federelastisch bewegbare Schenkel (16) ein Werkzeug (3) aufnimmt, wobei die Werkzeugschneide (14) des Werkzeugs (3) tangential zur Rotationsbewegung am Werkstück angreift und radial zum Werkstück zustellbar ist, wobei zur Durchführung der Zustellbewegung eine translatorische Antriebseinheit (10) vorgesehen ist, wobei die Werkzeugspindel in einem Spindelgehäuse (5) angeordnet ist und wobei die Antriebseinheit (10) drehsteif mit dem Spindelgehäuse (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Piezotranslator ausgeführte Antriebseinheit (10) mehrere Zustellbewegungen der Werkzeugschneide (3) innerhalb einer 360° Umdrehung ermöglicht.
Werkzeugspindel nach Patentanspruch 1, wobei der Werkzeughalter (1) von einem Spindelmotor (6) um die Rotationsachse (2) in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (10) und der Werkzeughalter (1) auf gegenüberliegenden Seiten des Spindelmotors (6) angeordnet sind.
Werkzeugspindel nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Antriebseinheit (10) über eine Schubstange (4) mit dem Schenkel (16) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelmotor (6) als Hohlspindelmotor ausgeführt ist und dass die Schubstange (4) durch die Hohlspindel des Spindelmotors (6) hindurchgeführt wird.
Werkzeugspindel nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (10) mit einem Wegaufnehmer (11) in Wirkverbindung steht.
Werkzeugspindel nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer (11) drehsteif innerhalb des Spindelgehäuses (5) angeordnet ist.