DE19805735C2

DE19805735C2 - Device and method for machining workpiece surfaces

Info

Publication number: DE19805735C2
Application number: DE1998105735
Authority: DE
Inventors: Joachim Puder
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: DE19805735A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstückoberflächen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die periodische Bewegung des Werkzeuges relativ zum Werkstück durch einen Flächenantrieb mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, funktionell identischen Antriebsmodulen. Mit diesen Antriebsmodulen, die jeweils zumindest einen Linearantrieb aufweisen, wird eine Bewegung des Werkzeugs in zwei Bewegungsachsen ermöglicht. Der Flächenantrieb weist weiterhin ein Wegmeßsystem zur Erfassung der durch die Bewegung erzeugten Bahn des Werkzeugs auf. Ein rechnergesteuerter Antriebsregler dient der Ansteuerung der beiden Antriebsmodule. Durch eine Rechnersteuerung des Antriebes in den beiden geregelten Bewegungsachsen wird eine frei wählbare definierte Flugbahn für das Werkzeug realisiert. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt in Verbindung mit der angegebenen Vorrichtung den Mangel des Entstehens der Frästextur, indem die Fräsbewegung des Werkzeuges optimal so gesteuert wird, daß in Verbindung mit einer entsprechenden Bahnaufteilung für die zeilenweise Annäherung der Werkstückfläche keine konkaven Rillenstrukturen, sondern nur noch die quantitativ geringeren Werkzeugspuren auftreten.The invention relates to a device and a method for machining workpiece surfaces. In the device according to the invention, the periodic movement of the tool relative to the workpiece is carried out by a surface drive with two functionally identical drive modules which can be controlled independently of one another. With these drive modules, each of which has at least one linear drive, the tool can be moved in two movement axes. The surface drive also has a position measuring system for detecting the path of the tool generated by the movement. A computer-controlled drive controller is used to control the two drive modules. A freely selectable, defined trajectory for the tool is realized by computer control of the drive in the two regulated movement axes. DOLLAR A The method according to the invention in connection with the specified device eliminates the lack of formation of the milling texture by optimally controlling the milling movement of the tool in such a way that in connection with a corresponding path division for the line-wise approaching of the workpiece surface no concave groove structures, but only that tool traces occur quantitatively.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstückober flächen. Bei einer derartigen Bearbeitung führt ein Werk zeug mit einer Schneide eine periodische Bewegung relativ zum Werkstück aus, wie dies beispielsweise vom Fräsen bekannt ist.The invention relates to a device and a Process for machining workpiece top surfaces. With such processing, a plant leads testify a periodic movement relative with a cutting edge to the workpiece, such as from milling is known.

Die Vorrichtung und das Verfahren eignen sich hierbei insbesondere zum Fertigen von technischen Oberflächen.The device and the method are suitable here especially for manufacturing technical surfaces.

Das Fräsen hat in den letzten Jahren bei der Fertigung gekrümmter Flächen, insbesondere von Freiformflächen, an Bedeutung gewonnen. Zu dieser Entwicklung hat auch das sog. High Speed Cutting (HSC) beigetragen, mit dem eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Oberflächen möglich ist. Viele Anwendungen werden aber weiterhin mit den traditionellen (geringeren) Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten realisiert.Milling has been in production in recent years curved surfaces, in particular free-form surfaces Gained meaning. This has also to this development High Speed Cutting (HSC), with which one High-speed processing of surfaces possible is. However, many applications continue to use the traditional (less) cut and Feed speeds realized.

Die Anwendungsbereiche dieser Oberflächenbearbeitung sind der Formen- und Werkzeugbau, der Modellbau sowie die Fer tigung von optischen Flächen und Strömungsflächen. Die Materialien der Werkstücke, die einer Bearbeitung unter zogen werden, sind beispielsweise Metalle, Kunststoffe, Holz, Halbleiter, Graphit und Glas.The areas of application of this surface treatment are the mold and tool making, the model making and the Fer adjustment of optical surfaces and flow surfaces. The Materials of the workpieces that are undergoing machining are pulled, for example, metals, plastics, Wood, semiconductors, graphite and glass.

Traditionell wird beim Fräsen die Schnittbewegung des Werkzeuges durch die Maschinenbaugruppe "Spindel", beste hend im wesentlichen aus der Lagerung, der Werkzeugspann mittelaufnahme und dem Antriebsmotor, erzeugt. Durch die Spindelrotation erfolgt die Bewegung einer Werkzeug schneide oder von mehreren Werkzeugschneiden jeweils auf einer Kreisbahn. Der Bearbeitungsvorgang läßt sich hier bei in eine Abspanphase und eine Rückflugphase der Werk zeugschneide untergliedern. Die Abspanphase nimmt nur einen Teil der gesamten Flugbahn ein, die bezogen auf das Werkstück (unter Berücksichtigung des Spindelvorschubs) eine Zykloide bildet, und markiert sich im Werkstück als Spur. Aus den nebeneinander liegenden Spuren entstehen in Vorschubrichtung die typischen Fräsrillen. Sie weisen in Querrichtung ein bogenförmiges Profil auf. Die typische Form dieser Fräsrillen ist aus Fig. 1 zu erkennen.Traditionally, when cutting, the cutting movement of the tool is generated by the machine assembly "spindle", consisting essentially of the storage, the tool holding fixture and the drive motor. The spindle rotation causes the movement of one tool cutting edge or of several tool cutting edges each on a circular path. The machining process can be divided into a cutting phase and a return flight phase of the cutting edge. The stock removal phase takes up only part of the entire trajectory, which forms a cycloid in relation to the workpiece (taking into account the spindle feed), and marks itself as a track in the workpiece. The typical milling grooves are created from the adjacent tracks in the feed direction. They have an arcuate profile in the transverse direction. The typical shape of these milling grooves can be seen in FIG. 1.

Aus der dargestellten Kinematik für das Werkzeug beim Fräsen ergibt sich, daß die Profilform der die Frästextur bestimmenden Spuren und Rillen im Werkstück generell konkav ist.From the kinematics shown for the tool at Milling reveals that the profile shape of the milling texture determining traces and grooves in the workpiece in general is concave.

Bei der Erzeugung konkaver, ebener oder konvexer Werk stückoberflächen stellen diese typischen Fräsprofile für die Oberflächenmerkmale Rauheit und Welligkeit eine untere Grenze dar. Zwar kann beim Stirnfräsen über die Rillenbreite, den Fräserdurchmesser und den Sturzwinkel die sogenannte Zipfelhöhe minimiert werden, eine gene relle Beseitigung der konkaven Rillenform gelingt jedoch nicht. Bei einer derartigen Minimierung resultiert aus den hierfür erforderlichen kleinen Rillenbreiten zudem eine längere Fräszeit, wenn nicht gleichzeitig die Vor schubgeschwindigkeit erhöht werden kann.When creating concave, flat or convex work piece surfaces represent these typical milling profiles for the surface characteristics of roughness and waviness represents the lower limit Groove width, the cutter diameter and the camber angle the so-called tip height are minimized, a gene However, the concave groove shape is successfully eliminated Not. Such a minimization results in the small groove widths required for this a longer milling time, if not the same time thrust speed can be increased.

Kann aus funktionellen Gründen diese entstehende Frästex tur nicht akzeptiert werden, muß eine Nachbearbeitung, wenn diese kinematisch und technologisch möglich ist, durch eine andere Technologie erfolgen. Das stellt jedoch u. a. einen zusätzlichen Aufwand dar. Außerdem besteht die Gefahr, daß andere Qualitätsparameter wie Form und Maß der Fläche durch die Nachbearbeitung wieder verschlech tert werden.For functional reasons, this milling material post-processing must be accepted, if this is kinematically and technologically possible, done by another technology. However, that poses u. a. represents an additional effort Risk of other quality parameters such as shape and size the surface deteriorate again due to the finishing be tert.

In der DE 36 09 483 A1 ist ein numerisch gesteuerter Fräskopf zur Ausbildung von dreidimensionalen Flächen beschrieben. Dieser Fräskopf führt die übliche Rotations bewegung aus, während gleichzeitig eine Kippbewegung um eine weitere Achse senkrecht zur Rotationsachse der Hauptspindeleinheit ermöglicht wird. Durch dieses Kippen können unterschiedliche Neigungswinkel des Fräswerkzeuges relativ zur Werkstückoberfläche während der Bearbeitung eingestellt werden.DE 36 09 483 A1 describes a numerically controlled Milling head for the formation of three-dimensional surfaces described. This milling head performs the usual rotation movement while at the same time tilting around another axis perpendicular to the axis of rotation of the Main spindle unit is made possible. By this tipping can have different angles of inclination of the milling tool relative to the workpiece surface during machining can be set.

Eine Möglichkeit zur Einebnung des Rillenprofils ist in S. J. You, K. F. Ehmann, Synthesis and Generation of Surfa ces Milled by Ball Nose End Mills Under Tertiary Cutter Motion, J. of Engineering for Industry, Febr. 1991, Vol. 113, 17-20, beschrieben. In dieser Veröffentlichung wird vorgeschlagen, die gesamte Spindel exzentrisch auf zunehmen und quer zur Vorschubrichtung oszillieren zu lassen, um das Rillenprofil einzuebnen. Die große zu be wegende Spindelmasse führt jedoch zu engen dynamischen Grenzen in Bezug zur Vorschubgeschwindigkeit.One possibility for leveling the groove profile is in S. J. You, K. F. Ehmann, Synthesis and Generation of Surfa ces Milled by Ball Nose End Mills Under Tertiary Cutter Motion, J. of Engineering for Industry, Feb. 1991, Vol. 113, 17-20. In this release it is suggested that the entire spindle be eccentric increase and oscillate transversely to the feed direction leave to level the groove profile. The big one to be moving spindle mass leads to tight dynamic Limits in relation to the feed rate.

Für die Technologien Drehen, Bohren und Schleifen sind Lösungen bekannt, bei denen das Werkzeug in einer Richtung feinverstellt wird. Dies erfolgt z. B. beim Drehen zur Erzeugung bestimmter Körperformen wie beim Unrunddrehen (D. J. Jendritza, Festkörperaktoren für den mm-Bereich, wt-Produktion und Management 85(1995), 587-592) oder zur Strukturierung der Oberfläche (M. Pyra, Nicht-rotationssymmetrische Laserspiegel, WZL Aachen- Berichte aus der Produktionstechnik Bd 5/94).For the technologies turning, drilling and grinding Known solutions where the tool in one Direction is fine-tuned. This is done e.g. B. at Turning to create certain body shapes as with Non-rotating (D. J. Jendritza, solid state actuators for the mm range, wt production and management 85 (1995), 587-592) or to structure the surface (M. Pyra, Non-rotationally symmetrical laser mirrors, WZL Aachen- Reports from production engineering Vol 5/94).

Ausgehend von den dargestellten Problemen des Standes der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstückoberflächen bereitzustellen, mit denen eine verbesserte Oberflächenqualität erzielt werden kann.Based on the presented problems of the state of the Technology is the object of the present invention an apparatus and a method for machining To provide machining of workpiece surfaces with which an improved surface quality can be achieved can.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Vorrichtung nach Anspruch 1 und des Verfahrens nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is based on the features of the device Claim 1 and the method according to claim 14 solved. Advantageous embodiments of the invention are Subject of the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Aufnahme in einer Werkzeugmaschine erfolgt die periodische Bewegung des Werkzeuges relativ zum Werkstück durch einen Flächen antrieb mit zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, funktionell identischen Antriebsmodulen. Mit diesen Antriebsmodulen, die jeweils zumindest einen Linear antrieb aufweisen, wird eine Bewegung des Werkzeugs in zwei Linearachsen ermöglicht. Vorzugsweise jede Achse des Flächenantriebs weist weiterhin ein Wegmeßsystem zur Er fassung der durch die Bewegung erzeugten Bahn des Werk zeugs auf. Ein rechnergesteuerter Antriebsregler dient der Ansteuerung der beiden Antriebsmodule. Durch eine Rechnersteuerung des Antriebes in den beiden geregelten Linearachsen wird eine frei wählbare geschlossene Flug bahn für das Werkzeug realisiert, wobei ein Abschnitt der Bahn einer Abspanphase bei der Bearbeitung und ein weiterer Abschnitt der Bahn einer Rückflugphase des Werkzeuges entspricht.In the inventive device for inclusion in The periodic movement takes place in a machine tool of the tool relative to the workpiece through a surface drive with two independently controllable, functionally identical drive modules. With these Drive modules, each at least one linear have drive, a movement of the tool in enables two linear axes. Preferably each axis of the Surface drive also has a measuring system for Er version of the movement's path created by the movement stuff on. A computer-controlled drive controller is used the control of the two drive modules. By a Computer control of the drive in the two regulated Linear axes will be a freely selectable closed flight track for the tool, with a section of the Path of a machining phase during processing and one further section of the train of a return flight phase of the Tool corresponds.

In einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung werden für jede Bewegungsachse mehrere Antriebe ein gesetzt, so daß größere Bearbeitungskräfte erzeugt werden können. In a special embodiment of the device there are several drives for each movement axis set so that larger machining forces are generated can.

Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt in Verbindung mit der angegebenen Vorrichtung den Mangel des Entstehens der Frästextur, indem die Fräsbewegung des Werkzeuges optimal so gesteuert wird, daß in Verbindung mit einer entsprechenden Bahnaufteilung für die zeilenweise Annäherung der Werkstückfläche keine konkaven Rillenstrukturen, sondern nur noch die quantitativ geringeren Werkzeugspuren auftreten.The method according to the invention eliminates in conjunction with the specified device the lack of emergence the milling texture by the milling movement of the tool is optimally controlled so that in connection with a appropriate path division for the lines No concave approach to the workpiece surface Groove structures, but only the quantitative lower tool marks occur.

Optimierungsziel der Rechnersteuerung ist die Anpassung der gefrästen Mikrostruktur an die Sollform der Fläche. Dies ist bei gekrümmten Flächen, insbesondere bei Freiformflächen, von großer Bedeutung. Dazu wird ein Flächenantrieb eingesetzt, dessen Bahnebene zur Vorschubrichtung vorzugsweise senkrecht oder nahezu senkrecht steht, und der mit Mitteln der Mechatronik die periodische Bewegung des Werkzeuges, bestehend aus Arbeitsphase beim Abspanen im Werkstück und Rückflugphase, übernimmt. Die Flugbahn in der Abspanphase wird in Form und Lage optimal an das jeweilige Oberflächen-Sollprofil angepaßt.The optimization goal of the computer control is the adaptation the milled microstructure to the desired shape of the surface. This is with curved surfaces, especially with Freeform surfaces, of great importance. To do this, a Surface drive used, the track level for Feed direction preferably vertical or almost is vertical, and that with the help of mechatronics periodic movement of the tool, consisting of Work phase when machining in the workpiece and Return flight phase, takes over. The trajectory in the removal phase is optimally adapted to the respective shape and location Target surface profile adjusted.

Mit dieser Vorrichtung können für Anwendungen in der Hoch- bzw. Ultrapräzisionstechnik auch Freiformflächen durch Zerspanen mit definierter Schneide mit Rauheiten < 100 bzw. < 10 nm bei hoher Form- und Maßgenauigkeit feingefräst werden, wie sie bisher nur an Regelflächen (Ebene, Sphäre, Zylindern) durch Drehen bzw. Einzahnfräsen erzeugbar waren. Derartige "glatte Flächen" werden an Strömungskörpern und optischen Bauelementen sowie im Formen- und Werkzeugbau verlangt.With this device for applications in the High or ultra precision technology also free-form surfaces by machining with a defined cutting edge with roughness < 100 or <10 nm with high dimensional and dimensional accuracy are finely milled, as was previously the case on standard surfaces (Plane, sphere, cylinders) by turning or Single tooth milling could be created. Such "smooth surfaces" are on flow bodies and optical components as well as in mold and tool making.

Zum Erzeugen von im Raum schief liegenden Flächen kann die Flugbahn in der xz-Ebene gedreht werden. Soll in die Oberfläche wegen funktioneller Anforderungen eine definierte nicht-glatte Textur eingebracht werden, ist die Bahn in der Abspanphase entsprechend zu programmieren. Schließlich können über die Flugbahn des programmierbaren Werkzeugantriebes auch systematische Fehler der Maschinenachsen und seine eigenen Fehler (z. B. Führungsfehler des Flächenantriebes) korrigiert werden.Can be used to create surfaces that are crooked in space the trajectory can be rotated in the xz plane. Should in the Surface due to functional requirements defined non-smooth texture is introduced the web in the removal phase accordingly program. Finally, about the trajectory of the programmable tool drive also systematic Errors of the machine axes and its own errors (e.g. Misalignment of the surface drive) can be corrected.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung kann die Werkzeugflugbahn optimal auf die zu erzeugende Flächenform angepaßt werden. Die Annäherung an die zu erzeugende Flächenform durch die sich aus der Kreisflugbahn der Werkzeugschneide(n) beim herkömmlichen Fräsen ergebenden Rillen entfällt. Geringfügige verbleibende Zipfelreste beim erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahren werden durch geringe Bahnüberlappungen beseitigt. Der Flächenantrieb übernimmt das schnelle rechnergesteuerte Eintauchen des Werkzeuges, den Abspanvorgang auf einer definierten Bahn, das Auftauchen und den Rückflug. Er kann beispielsweise durch zwei Achsen in Kreuzschlittenanordnung oder in entkoppelter Basisanordnung realisiert werden. Die Auswahl der vorgeschlagenen Motorvarianten (vgl. Ansprüche 4 bis 6) richtet sich nach dem erforderlichen Bewegungshub, der Frequenz, die vorrangig durch die Schnittgeschwindigkeit beim Abspanen bestimmt wird, und den notwendigen Bearbeitungskräften, die sich vorrangig durch das Werkstückmaterial, das Werkzeug und die technologischen Parameter bestimmen. Der Antrieb eignet sich prinzipiell zum Fräsen nichtmetallischer und metallischer Werkstoffe, wie Kunststoff, Holz, Halbleiter, Graphit und Glas bzw. Al, Cu, Ms und Stahl. Ein vorteilhaftes, für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignetes elektrodynamisches Antriebssystem wird beispielsweise in B. Schnurr, Elektrodynamisches Antriebssystem ..., wt-Werkstattstechnik 81(1991), 234-238, vorgestellt.With the proposed method and the associated The tool trajectory can be optimally adjusted to the device generating surface shape can be adjusted. The approach to the surface shape to be generated from the Circular trajectory of the tool cutting edge (s) in the conventional Milling grooves are eliminated. Minor remaining tip remnants in the invention Machining processes are characterized by low Fixed overlaps. The surface drive takes over rapid computer-controlled immersion of the tool, the stock removal process on a defined path, the Show up and the return flight. He can, for example, by two axes in cross slide arrangement or in decoupled basic arrangement can be realized. The Selection of the proposed engine variants (cf. Claims 4 to 6) depends on the required Stroke of movement, the frequency, primarily through the Cutting speed is determined during stock removal, and the necessary processing forces, which are paramount through the workpiece material, the tool and the determine technological parameters. The drive is suitable principally for milling non-metallic and metallic materials, such as plastic, wood, Semiconductors, graphite and glass or Al, Cu, Ms and steel. An advantageous one for the device according to the invention suitable electrodynamic drive system for example in B. Schnurr, electrodynamics Drive system ..., wt workshop technology 81 (1991), 234-238, presented.

Die Vorrichtung und das Verfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.The device and method are as follows using exemplary embodiments in connection with the Drawings explained.

Hierbei zeigenShow here

Fig. 1 eine Darstellung der sich beim herkömmlichen Fräsen (hier: Sturzfräsen) in der Werkstückoberfläche ergebenden Rillen und Spuren; Fig. 1 is an illustration which the conventional milling (here: camber milling) in the workpiece surface and grooves resulting tracks;

Fig. 2 schematisch ein Beispiel für eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 shows schematically an example of a device according to the present invention;

Fig. 3 Beispiele für die Flugbahn des Werkzeugs bei der Vorrichtung aus Fig. 2; FIG. 3 shows examples of the trajectory of the tool in the apparatus of Fig. 2;

Fig. 4 beispielhaft eine schematische Front- und Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und Fig. 4 is an example of a schematic front and side view of a device according to the invention; and

Fig. 5 Beispiele für Werkzeuge mit besonders profilierter Schneide zur Erzeugung glatter oder texturierter Oberflächen. Fig. 5 examples of tools with a specially profiled cutting edge to produce smooth or textured surfaces.

Eine Darstellung der sich beim Sturzfräsen gemäß dem Stand der Technik in der Werkstückoberfläche ergebenden Rillen und Spuren ist in Fig. 1 gezeigt. Das sich um seine Achse drehende Werkzeug 1 erzeugt im Werkstück 2 aufgrund des Vorschubs die dargestellten Rillen 3. In diesen Rillen werden durch die Schneide am Werkzeug die Spuren 4 (Werkzeugspuren) hinterlassen, so daß sich ein nicht-ebenes Längsprofil 5 (Längsrichtung durch Pfeil dargestellt) ergibt. Durch die zeilenweise Bearbeitung der Werkstückoberfläche entsteht das gezeigte Querprofil 6 (Querrichtung durch Pfeil dargestellt), das durch nebeneinander liegende Rillen gebildet wird. Die zwischen den Rillen verbleibenden Überhöhungen sind die sog. Zipfelreste.A representation of the grooves and traces resulting from the prior art in the case of lintel milling is shown in FIG. 1. The tool 1 rotating about its axis produces the grooves 3 shown in the workpiece 2 due to the feed. The traces 4 (tool traces) are left in these grooves by the cutting edge on the tool, so that a non-flat longitudinal profile 5 (longitudinal direction shown by arrow) results. By machining the workpiece surface line by line, the cross profile 6 shown (cross direction shown by arrow) is formed, which is formed by adjacent grooves. The peaks remaining between the grooves are the so-called tip remnants.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Vorrichtung 7 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfaßt unter anderem den Flächenantrieb 8 (x/z-Antrieb) für die Bewegung des Werkzeuges 1 auf einer vorgebbaren Bahn 9, ein x/z-Meßsystem sowie eine Kühlung. Fig. 2 shows schematically an example of an apparatus 7 according to the present invention. The device includes, among other things, the surface drive 8 (x / z drive) for the movement of the tool 1 on a predeterminable path 9 , an x / z measuring system and cooling.

Beispiele für Flugbahnen 9 des Werkzeugs 1, die mit der Vorrichtung 7 aus Fig. 2 realisiert werden können, sind in Fig. 3 dargestellt. Aus der Figur ist die Unterteilung der Flugbahn in Abspanphase 10 beim Eintauchen in das Werkstück 2 und Rückflugphase 11 zu erkennen. Mit den dargestellten Flugbahnen lassen sich, je nach Form der Bahn in der Abspanphase, unterschiedliche Oberflächenprofile des Werkstücks realisieren. Die rechnergesteuerte Bewegung des Werkzeugs ermöglicht die Erzeugung beliebiger Bahnformen in der x- z-Ebene.Examples of trajectories 9 of the tool 1 , which can be realized with the device 7 from FIG. 2, are shown in FIG. 3. The subdivision of the trajectory in the removal phase 10 when immersed in the workpiece 2 and return flight phase 11 can be seen from the figure. With the trajectories shown, depending on the shape of the trajectory in the machining phase, different surface profiles of the workpiece can be realized. The computer-controlled movement of the tool enables the creation of any path shapes in the x-z plane.

Die Vorschubrichtung liegt vorzugsweise in y-Richtung (senkrecht zur Blattebene, die der Bahnebene entspricht). Je nach Anwendungsfall können jedoch auch von der 90°- Richtung(y) abweichende Vorschubrichtungen gewählt werden.The feed direction is preferably in the y direction (perpendicular to the sheet plane, which corresponds to the web plane). Depending on the application, however, the 90 ° - Direction (y) different feed directions selected become.

In einem Ausführungsbeispiel besteht der vorgeschlagene x/z-Antrieb für ein Fräswerkzeug aus identisch aufgebauten Achskomponenten. Die Achskomponenten bestehen aus einer Führung, dem eigentlichen Antrieb, dem Wegmeßsystem und dem Temperatur-Stabilisiersystem. Diese Komponenten nimmt ein Achsgehäuse auf. In der Regel sind die Gehäuse der beiden Antriebsachsen um ca. 90° zueinander verdreht. Während ein Achsgehäuse den Befestigungsadapter zur Maschine trägt, nimmt das andere Achsgehäuse die Werkzeugspanneinrichtung auf. Ein derartiger Antrieb weist eine große Steifigkeit auf. In Fig. 4 ist der Aufbau des Antriebs beispielhaft skizziert. Die Achsführung wird von Parallelfedern 12 übernommen. Als elektromagnetischer Direktantrieb wird ein Tauchspulsystem 13 benutzt. Das Wegmeßsystem 14 zur Ermittlung von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung wird in diesem Fall ebenfalls durch ein induktives Tauchspulsystem gebildet. Diese Komponenten nimmt das Teilgehäuse 17 auf.In one exemplary embodiment, the proposed x / z drive for a milling tool consists of identically constructed axis components. The axis components consist of a guide, the actual drive, the position measuring system and the temperature stabilization system. An axle housing accommodates these components. As a rule, the housings of the two drive axles are rotated by approximately 90 ° to each other. While one axle housing carries the fastening adapter to the machine, the other axle housing holds the tool clamping device. Such a drive has great rigidity. The structure of the drive is sketched as an example in FIG. 4. The axis guidance is taken over by parallel springs 12 . A moving coil system 13 is used as an electromagnetic direct drive. The measuring system 14 for determining position, speed and acceleration is also formed in this case by an inductive moving coil system. The sub-housing 17 accommodates these components.

Ein fluidischer Wärmetauscher 15 je Achse führt die Verlustwärme der Antriebsspule aus dem Antriebsgehäuse. Mittels eines Thermostaten und des Temperaturgebers 16 wird eine stabile Übertemperatur aufrecht erhalten. Das Teilgehäuse 18 enthält ebenfalls den Komponenten 12 bis 16 entsprechende Komponenten 12' bis 16' (nicht dargestellt).A fluidic heat exchanger 15 per axis guides the heat loss from the drive coil out of the drive housing. A stable overtemperature is maintained by means of a thermostat and the temperature sensor 16 . The sub housing 18 also includes components (not shown) 12 to 16 corresponding components 12 'to 16'.

Mittels des Spannzapfens 19 erfolgt die definierte Befestigung des Werkzeugantriebes in der Werkzeugmaschine, der Werkzeugadapter 20 nimmt das Fräswerkzeug auf.The defined attachment of the tool drive in the machine tool takes place by means of the clamping pin 19 , the tool adapter 20 accommodates the milling tool.

Zur Realisierung von Flugbahn-Position, -Geschwindigkeit und -Beschleunigung gemäß den Bahnvorgaben durch die CNC- Steuerung übernimmt ein schneller rechnergestützer Antriebsregler die Bewegungssynchronisation der beiden Achsen. Hierbei wird die tatsächliche Bewegung des Werkzeuges durch das Wegmeßsystem ständig überwacht und bei der Ansteuerung berücksichtigt, um Abweichungen von der vorgegebenen Flugbahn durch die beim Abspanvorgang wirkenden Kräfte zu vermeiden. Das Wegmeßsystem ist bei den eingesetzten Werkzeuggeschwindigkeiten von beispielsweise 1 mm/ms für die x-Achse ein wesentlicher Faktor zur Erfüllung der hohen Qualitätsansprüche. Die vorzugebende Flugbahn und die weiteren Parameter (z. B. Vorschubgeschwindigkeit, Bahngeschwindigkeit und - beschleunigung) des Werkzeugs werden von der CNC- Steuerung vor Beginn der Bearbeitung anhand des Werkstückmaterials, der Form der Werkzeugschneide, der Sollform der Oberfläche, usw. ermittelt.To realize trajectory position and speed and acceleration according to the path specifications by the CNC Control is taken over by a quick computer support Controller the movement synchronization of the two Axes. Here, the actual movement of the Tool constantly monitored and by the measuring system taken into account in the control to avoid deviations from the specified trajectory through that during the removal process to avoid acting forces. The measuring system is at the tool speeds of for example 1 mm / ms for the x-axis is an essential one Factor for meeting the high quality standards. The predefined trajectory and the other parameters (e.g. Feed speed, path speed and - acceleration) of the tool are carried out by the CNC Control before starting processing using the Workpiece material, the shape of the cutting edge, the Target shape of the surface, etc. determined.

Je nach Anforderungen können damit glatte Flächen oder eine definierte Textur mittels einer entsprechenden die Textur generierenden Flugbahn auf dem Werkstück erzeugt werden.Depending on the requirements, smooth surfaces or a defined texture using a corresponding die Texture generating trajectory is generated on the workpiece become.

Typische Achshübe für die Horizontalachse (x) (Bahnbreite) sind 0.01... 10 mm, für die Vertikalachse (z) 0.001 ...1 mm (vgl. Fig. 3). Es versteht sich von selbst, daß je nach verwendetem Antrieb auch andere Achshübe, beispielsweise für eine Bahnbreite von bis zu 50 mm, realisiert werden können.Typical axis strokes for the horizontal axis (x) (path width) are 0.01 ... 10 mm, for the vertical axis (z) 0.001 ... 1 mm (see Fig. 3). It goes without saying that, depending on the drive used, other axis strokes, for example for a web width of up to 50 mm, can also be implemented.

Je nach Werkstoffanforderungen liegen die typischen Werkzeuggeschwindigkeiten für die x-Achse im Bereich von ca. 0,1 bis 10 m/s.Depending on the material requirements, the typical ones Tool speeds for the x-axis in the range of approx. 0.1 to 10 m / s.

Aufgrund der Möglichkeit, die Werkzeugbahn in der Antriebsebene zu drehen, werden vorzugsweise beide Achsen antriebstechnisch gleich ausgelegt.Because of the possibility of the tool path in the To rotate the drive plane, preferably both axes designed in terms of drive technology.

Für die Erzeugung glatter Flächen oder bestimmter Texturen können als zusätzliche Maßnahme Werkzeuge mit besonders profilierten Schneiden eingesetzt werden, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Hierbei zeigt Fig. 5a das Werkzeug 1 über dem zu bearbeitenden Werkstück 2 in Seitenansicht, wobei mit dem Pfeil die Schnittrichtung angedeutet ist. Fig. 5b zeigt beispielhaft drei Werkzeuge 1 mit unterschiedlich profilierten Schneiden (1a, 1b, 1c). Die Schneide 1a mit dem größeren Radius wird vorzugsweise zur Erzeugung glatter Flächen eingesetzt. Die Schneide 1b mit dem kleineren Radius (in der Figur als Spitze dargestellt) bietet sich vornehmlich zum Texturieren an. Für besondere Texturen sind auch Werkzeuge mit zwei (1c) oder mehr Schneiden geeignet. Hiermit läßt sich auch die Bearbeitungszeit verkürzen.For the production of smooth surfaces or certain textures, tools with specially profiled cutting edges can be used as an additional measure, as shown in FIG. 5. Here, FIG. 5a, the tool 1 above the workpiece to be processed 2 in side view with the cutting direction indicated by the arrow. Fig. 5b shows an example of three tools 1 with differently profiled cutting edges ( 1 a, 1 b, 1 c). The cutting edge 1 a with the larger radius is preferably used to produce smooth surfaces. The cutting edge 1 b with the smaller radius (shown as a tip in the figure) is primarily suitable for texturing. Tools with two ( 1 c) or more cutting edges are also suitable for special textures. This can also shorten the processing time.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen 2-Achs- Werkzeugantriebes zum Feinfräsen führt zu den nachfolgend angeführten Vorteilen. The application of the 2-axis Tool drive for fine milling leads to the following advantages mentioned.

Mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung bekommen Fräsflächen eine völlig neue Oberflächenqualität. Dies hat große Bedeutung für gekrümmte Flächen mit hohen Qualitätsanforderungen an Rauheit, Welligkeit und Form, bei denen kein anderes rationelles Finishverfahren einsetzbar ist.Get with the procedure or device Milling surfaces a completely new surface quality. This is of great importance for curved surfaces with high Quality requirements for roughness, waviness and shape, where no other rational finishing process can be used.

Durch die frei wählbare Flugbahn des Werkzeuges kann bei der Bearbeitung gekrümmter Flächen des weiteren auf die Maschinenachse verzichtet werden, die die Spindelachse quer zur Vorschubrichtung senkrecht auf die Sollfläche stellt. Diese Anpassung wird mit dem Antrieb direkt vorgenommen.The freely selectable trajectory of the tool allows machining curved surfaces further on the Machine axis, which is the spindle axis transverse to the feed direction perpendicular to the target surface poses. This adjustment is made directly with the drive performed.

Durch die freie Werkzeugsteuerung können in der Werkstückfläche je Fräsbahn oder über mehrere Fräsbahnen definierte Strukturen eingebracht werden.Due to the free tool control in the Workpiece area per milling path or over several milling paths defined structures are introduced.

Abweichungen von der 90°-Zuordnung der beiden Führungsachsen können zugelassen werden, da die Einflüsse auf die Fugbahn einrechenbar sind. Dies betrifft auch Führungsfehler des Flächenantriebes.Deviations from the 90 ° assignment of the two Leading axes can be allowed because of the influences can be included in the runway. This also applies Guiding error of the surface drive.

In die Korrektur der Werkzeugflugbahn können auch bekannte systematische Führungsabweichungen der Maschinenachsen eingerechnet werden.In the correction of the tool trajectory can also known systematic management deviations of the Machine axes.

Durch die Lage der Bahnebene des Flächenantriebes zur Vorschubrichtung kann die aus der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit resultierende Lage der Werkzeugspuren auf der Werkzeugoberfläche gezielt beeinflußt werden.Due to the position of the track plane of the surface drive The feed direction can be determined from the feed and Cutting speed resulting position of the Targeted tool tracks on the tool surface to be influenced.

Claims

1. Device for receiving in a machine tool for machining workpiece surfaces with a tool consisting of a surface drive ( 8 ) for moving the tool ( 1 ) using two linear axes (x, z), the surface drive ( 8 ) for each Linear axis has a separate drive module, which is composed of a guide component ( 12 ) for guiding along a guide axis and at least one linear drive ( 13 ), the surface drive has a position measuring system ( 14 ) for detecting the path ( 9 ) of the tool generated by the movement, and a computer-controlled drive controller is also provided, with which the two drive modules can be controlled so that the tool ( 1 ) is guided periodically on a freely definable closed path ( 9 ) in the plane spanned by the two linear axes (x, z), whereby a section of the web ( 9 ) during a machining phase and another section of the Path ( 9 ) corresponds to a return flight phase of the tool.

2. Device according to claim 1, characterized, that the drive controller via a CNC control in Dependency on the path parameters of the tool is controlled to the workpiece surface.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized, that the guide components by roller bearings, Fluid bearings, magnetic bearings or Parallel spring arrangements are formed.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized, that the drive modules of the surface drive are electromagnetic drives.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized, that the drive modules of the surface drive linear Piezo drives are.

6. Device according to one of claims 1 to 3, characterized, that the drive modules of the surface drive are magnetostrictive drives.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized, that for each axis of movement two or more Drive units parallel in terms of drive technology are arranged.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized, that in the surface drive of each axis of movement separate linear measuring system is assigned.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that one of the two guide axes carries a tool holder ( 20 ).

10. The device according to claim 9, characterized in that the tool holder ( 20 ) carries a tool ( 1 ) with a particularly profiled cutting edge ( 1 a, 1 b, 1 c) for producing smooth or structured surfaces.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that one of the two guide axes carries a clamping pin ( 19 ) for attachment to a processing machine.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that an electrical or fluid temperature stabilization system ( 15 , 16 ) is integrated in the surface drive.

13. The device according to one of claims 2 to 12, characterized in that the CNC control train and speed specifications for the axes of the Surface drive for each feed position from the Derives target shape of the workpiece surface and by means of a function generator and the computer-controlled one Drive controller in connection with the position measuring system and the linear drives taking into account the temporary machining forces in the Implement movement of the tool.

14. Process for machining workpiece surfaces,
in which a tool ( 1 ) with a defined cutting edge performs a periodic movement relative to the workpiece ( 2 ) on a freely definable computer-controlled trajectory ( 9 ) which is perpendicular or approximately perpendicular to a feed direction and which is defined by the desired surface profile of the workpiece,
wherein a section of the flight path ( 9 ) corresponds to a machining phase during machining and a further section of the flight path ( 9 ) corresponds to a return flight phase of the tool.