Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zum Bearbeiten von Werk- stücken, mit mindestens drei Stationen und mit einem bewegbar gelagerten Tisch, wobei an dem Tisch mindestens eine insbesondere rotierend antreibba- re Spannvorrichtung zum Einspannen eines Werkstückes angeordnet ist und das eingespannte Werkstück durch eine Bewegung des Tisches in die Arbeits- bereiche der Stationen transportierbar ist, wobei eine erste Station als Bear- beitungsstation zur Bearbeitung einer Oberfläche des Werkstücks eingerichtet ist, in der ein das Werkzeug zur Bearbeitung haltender Werkzeughalter insbe- sondere rotierend antreibbar angeordnet ist, wobei der Werkzeughalter mittels einer Zustelleinheit zu dem Werkstück zustellbar und mittels einer Ausricht- einheit gegenüber dem Werkstück ausrichtbar gelagert ist.

Eine solche Maschine ist aus DE 100 16 897 B4 bekannt. Werden während der Bearbeitung sowohl das Werkzeug um eine Achse als auch das Werkstück um eine Achse rotierend angetrieben, so spricht man auch von einer End- oder Finishbearbeitung, welche insbesondere als Mikrofinishen oder Superfinishen bekannt ist. Da die Anforderungen an die Form- und Maßtoleranzen sehr hoch sind, wird beim Einfahren der Maschine für eine neue Werkstückcharge zu- nächst ein erstes Werkstück der Charge mit der Maschine endbearbeitet, wo- bei auch weitere Vorbearbeitungsschritte an anderen Stationen der Maschine stattfinden können. Um die Oberflächeneigenschaft der endbearbeiteten Ober- fläche zu bestimmen, muss das Werkstück aus der Spannvorrichtung entfernt werden. Die Oberflächeneigenschaft, wie Ebenheit oder Rauheit, kann im Folgenden mittels eines Weißlichtinterferometers bestimmt werden. Aus dem Interferenzbild kann der geübte Maschinenführer erkennen, in welche Rich- tung die Ausrichteinheit linear oder rotatorisch manuell verstellt werden muss, um der vorgegebenen Toleranz bei der Bearbeitung des nächsten Werk- stückes näher zu kommen oder ggf. einzuhalten. So kann beispielsweise die Ebenheit der endbearbeiteten Oberfläche auf ihre durch die Toleranz vorgege- bene leichte konkave oder konvexe Wölbung untersucht werden, wobei in Ab- hängigkeit von dem Interferenzbild der Anstellwinkel des Werkzeuges zu dem Werkstück geändert wird.

Da das Interferenzbild der endbearbeiteten Oberfläche durch kleinste Verun- reinigungen verfälscht wird, wird die endbearbeitete Oberfläche vor der opti- schen Messung mittels chemischer Lösungsmittel von Kühl- und/oder

Schmierstoffrückständen gereinigt. Da zum einen das relativ teure Weißlicht- interferometer parallel zum Einfahren mehrerer Maschinen verwendet wird und nur von speziell geschultem Personal benutzt werden kann und zum ande- ren mehrere Werkstücke einer Charge bearbeitet werden müssen, bis die ge- forderten Toleranzen eingehalten werden, kann es durchaus vorkommen, dass das Einfahren einer Maschine für eine neue Werkstückcharge bis zu mehreren Tagen dauert. Die bekannten Maschinen haben daher beim Einfahren für neue Werkstückchargen relativ lange Stillstandszeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik geschilderten Probleme zu lösen und insbesondere eine Maschine anzugeben, die schneller zum kontinuierlichen Bearbeiten einer neuen Werk- stückcharge bereitsteht.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Maschine und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Maschine und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Weiter- bildungen in technologisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinier- bar sind.

Gelöst wird die Aufgabe insbesondere durch eine Maschine mit den eingangs genannten Merkmalen, wobei eine zweite Station eine Reinigungseinrichtung zum Entfernen von Kühl- und/oder Schmierstoffrückständen von der bearbei- teten Oberfläche aufweist und wobei eine dritte Station eine Messeinrichtung zum optischen Bestimmen mindestens einer Oberflächeneigenschaft der end- bearbeiteten und gereinigten Oberfläche des Werkstücks aufweist, wobei fer- ner die Messseinrichtung mit einer Auswertereinheit verbunden ist, die die optisch bestimmte Oberflächeneigenschaft auswertet und auf Basis der Aus- wertung vorgibt, um welches Maß die Ausrichtung des Werkzeughalters mit- tels der Ausrichteinheit zur Einhaltung von Toleranzvorgaben nachjustiert werden muss.

Die Erfindung ist somit mit dem Vorteil verbunden, dass die Bestimmung der Oberflächeneigenschaft der endbearbeiteten Oberfläche unmittelbar in der Maschine erfolgen kann, wobei aufgrund der Reinigungseinrichtung sicherge- stellt ist, dass das Messergebnis nicht durch Verschmutzungen verfälscht ist. Da zudem die Auswerteeinheit vorgibt, in welche Richtung der Werkstückhal- ter für die Bearbeitung des nächsten Werkstückes verstellt werden muss, kann die Maschine auch von ungeübtem Personal eingefahren werden.

Der bewegbar gelagerte Tisch ist insbesondere ein Rundtisch, der rotatorisch antreibbar ist, so dass die insbesondere mehreren Spannvorrichtungen bei der Bewegung von einer Station zur nächsten Station eine kreisbogenförmige Be- wegungsbahn beschreiben. Das Werkstück muss somit für die Bearbeitung, Reinigung und Messung in der Maschine nur einmal in die Spannvorrichtung eingespannt werden. Die Spannvorrichtungen sind insbesondere jeweils rotierend antreibbar. Dem- entsprechend ist ein Antrieb für die Spannvorrichtungen vorgesehen.

Zudem kann ein Antrieb für den Werkzeughalter vorgesehen sein, der den Werkzeughalter zu einer Bewegung des Werkzeughalters während der Endbe- arbeitung des Werkstückes in der Station antreibt. Insbesondere kann der Werkzeughalter entweder zu einer linearen Oszillationsbewegung antreibbar sein oder zu einer Rotationsbewegung um die Werkzeughalterachse. Werden sowohl die Spannvorrichtung rotatorisch angetrieben als auch der Werkzeug- halter zu einer Bewegung während der Bearbeitung angetrieben, so spricht man von einer Finishbearbeitung, die auch als Mikrofinishen und Superfinis- hen bekannt ist.

Während der Werkzeughalter mittels der Zustelleinheit insbesondere linear an das in der Spannvorrichtung eingespannte Werkstück zustellbar ist, kann mit- tels der Ausrichteinheit eingestellt werden, wie der Werkzeughalter in der zugestellten Position zu dem Werkstück ausgerichtet ist. Insbesondere kann die Ausrichtung durch lineares Verschieben entlang der drei Raümrichtungen als auch um Verschwenken um bis zu drei orthogonal zueinander stehende Schwenkachsen ausgerichtet werden. Prinzipiell kann die Ausrichtung des Werkzeughalters manuell erfolgen.

Die Zustelleinheit umfasst insbesondere einen elektrisch antreibbaren Schlit- ten zum Zustellen des Werkzeughalters an das Werkstück.

Die Reinigungseinrichtung der zweiten Station ist so eingerichtet, dass die während der Endbearbeitung aufgebrachten Kühl- und/oder Schmierstoffmittel von der endbearbeiteten Oberfläche entfernt werden. Hierzu kann insbesonde- re vorgesehen sein, dass die zweite Station von benachbarten Stationen durch Trennmittel, beispielsweise beweglich gelagerte Trennwände, getrennt wird, so dass eine Kontamination der weiteren Stationen durch das Reinigungsmit- tel verhindert wird. Da chemische Lösungsmittel nicht nur den Endbearbei- tungsprozess stören können sondern auch Maschinenelemente angreifen könn- ten, wurde bisher davon Abstand genommen Reinigungseinrichtungen in Ma- schinen zur Endbearbeitung von Werkstücken zu integrieren.

Insbesondere verwendet die Reinigungseinrichtung daher als Reinigungsmittel keine chemischen Lösungsmittel. Bevorzugt umfasst die Reinigungseinrich- tung mittel zum Erzeugen eines Kohlenstoffdioxids(C02)-Schneestrahls. Der mindestens eine CO ₂ -Schneestrahl entfernt die Kühl- und/oder Schmierstoff- rückstände ohne die endbearbeitete Oberfläche zu verändern.

Alternativ kann die Reinigungseinrichtung einen Laser umfassen, mittels des- sen die Kühl- und/oder Schmierstoffrückstände verdampft werden können.

Die Reinigungseinrichtung kann insbesondere Elemente umfassen, die in eine das Werkstück umschließende Stellung zur Ausbildung einer Kammer ge- bracht werden können, in welcher der CO ₂ -Schneestrahl oder der Laserstrahl eingebracht wird. An diesem die Kammer bildende Elemente kann dann ent- weder der Laser oder die Düse zur Erzeugung des §O ₂ -Schneestrahls ange- ordnet sein. Im Falle der Bearbeitung mit CO ₂ kann an der Kammer auch eine Abzugsvorrichtung für das verdampfte CO ₂ vorgesehen sein.

Die optische Messeinrichtung umfasst insbesondere eine Lichtquelle, die Licht in Richtung der endbearbeiteten Oberfläche emittiert. Die Messeinrich- tung umfasst ferner einen Sensor, der zumindest das von der endbearbeiteten Oberfläche reflektierte Licht erfasst. Insbesondere umfasst die Messeinrich- tung ein Interferometer, bevorzugt ein Weißlichtinterferometer. Das von dem Sensor erfasste (Interferenz)-Bild gibt somit die Oberflächeneigenschaft der endbearbeiteten Oberfläche wieder. Die Oberflächeneigenschaft kann somit ohne mechanisches Einwirken auf die endbearbeitete Oberfläche bestimmt werden. Aus dem von dem Sensor erfassten Bild kann mittels bekannter Verfahren insbesondere die Ebenheit und/oder Rauheit der Oberfläche bestimmt werden. Durch die Integration der Messeinrichtung in eine Station der Maschine kann für jedes bearbeitete Werkstück die von der optischen Messeinrichtung erfass- te Oberflächeneigenschaft gespeichert werden, so dass eine Kontrolle der Qualität der Bearbeitung im Nachhinein möglich ist.

Die Auswerteeinheit ist so eingerichtet, dass sie beispielsweise auf Basis des von der Messeinrichtung erfassten Bildes vorgeben kann, in welche Richtung und um welche Größenordnung die Auswerteeinheit verstellt werden muss, so dass bei dem nachfolgend bearbeiteten Werkstück die vorgegebenen Toleran- zen eingehalten werden kann. Auf diese Weise können ungeübte Maschinen- führer die Ausrichteinheit im Idealfall unmittelbar nach der Bearbeitung des ersten Werkstückes so nachjustieren, dass alle folgenden Werkstücke die To- leranzen einhalten. Zumindest ist das Einfahren der Maschine aufgrund der unmittelbaren Vorgabe der Nachjustierung nach der Bearbeitung nur weniger Werkstücke möglich.

Insbesondere vergleicht die Auswerteeinheit die jeweils erfassten Oberflä- cheneigenschaften mit theoretisch vorgegebenen oder experimentell bestimm- ten Referenzbildern, um basierend darauf das Maß der Nachjustierung be- rechnen zu können. Mit der Auswerteeinheit ist es somit möglich, die Nach- justierung der Ausrichteinheit nach dem erstmaligen Einfahren auch zwischen der Bearbeitung einzelner Werkstücke einer Werkstückcharge vorzunehmen, so dass letztlich auch noch engere Toleranzen eingehalten werden können.

Damit auch der Schritt des manuellen Nachjustierens entfällt, umfasst die Ausrichteinheit bevorzugt elektrisch ansteuerbare Aktuatoren, so dass die Ausrichteinheit in Abhängigkeit der von der Auswerteeinheit ausgewerteten Oberflächeneigenschaften automatisch nachjustiert werden kann. Solche elektrisch ansteuerbare Ausrichteinheiten waren für den Einsatz in diesen Ma- schinen aufgrund ihres hohen Preises bisher nicht wirtschaftlich sinnvoll, was sich dadurch geändert hat, dass das Ergebnis der Oberflächenanalyse bereits kurz nach der Endbearbeitung vorliegt.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine zum Endbearbeiten einer Oberfläche eines Werkstü- ckes, umfassend die folgenden Schritte:

- Bearbeiten, insbesondere Endbearbeiten der Oberfläche des Werkstü- ckes mittels eines ausrichtbaren Werkzeuges in einer ersten Station der Maschine,

- Entfernen von Schmier- und/oder Kühlmittelrückständen von der end- bearbeiteten Oberfläche in einer zweiten Station der Maschine,

- Bestimmen mindestens einer Oberflächeneigenschaft der endbearbeite- ten und gereinigten Oberfläche des Werkstücks mittels eines optischen Verfahrens in einer dritten Station der Maschine,

- Auswerten der optisch bestimmten Oberflächeneigenschaft und

- Ausrichten des Werkzeuges in Abhängigkeit der ausgewerteten optisch bestimmten Oberflächeneigenschaft für die Bearbeitung eines weiteren Werkstückes und/oder Speichern der optisch bestimmten Oberflächen- eigenschaft.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ausrichtung, beispielsweise der An- stellwinkel des Werkzeuges oder seine relative Position gegenüber dem Werk- stück in Abhängigkeit von der optisch bestimmten Ebenheit der Oberfläche automatisch geändert wird. Die Maschine kann sich somit selbst einfahren.

Die mit Bezug zu der Maschine offenbarten Merkmale und Vorteile lassen sich auf das Verfahren anwenden und übertragen und umgekehrt. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch

Figur 1 : eine Draufsicht auf eine Maschine und

Figur 2: einen Längsschnitt durch eine Reinigungsvorrichtung der Ma- schine.

Die in Figur 1 dargestellte Maschine umfasst einen als Rundtisch ausgebilde- ten Tisch 1 , an welchem mehrere Spannvorrichtungen 2 ausgebildet sind. Die Spannvorrichtungen 2 können durch Rotation des Tisches 1 jeweils zu einer benachbarten Station gebracht werden. In einer Ladestation 12 wird ein Werkstück in die entsprechende Spannvorrichtung 2 gespannt. In den folgen- den Stationen erfolgt beispielsweise eine spanende Bearbeitung. In der als erste Station 3 gekennzeichneten Station erfolgt sodann eine Finishbearbei- tung, während derer die Spannvorrichtung 2 mit dem darin fixierten Werk- stück rotatorisch angetrieben wird. Gleichzeitig wird ein das Werkzeug hal- tende Werkzeughalter 4 relativ zu dem sich rotierenden Werkstück rotatorisch angetrieben.

Der Werkzeughalter 4 wird in der ersten Station 3 mittels einer Zustelleinheit 5 linear an das Werkstück zugestellt, während die Ausrichtung des Werkzeug- halters 4 durch eine Ausrichteinheit 6 geändert werden kann.

Im Folgenden wird das endbearbeitete Werkstück mit der Spannvorrichtung 2 in eine zweite Station 7 überführt, in welcher eine Reinigungseinrichtung 8 angeordnet ist. Die zweite Station 7 kann durch geeignete Trennmittel von benachbarten Stationen isoliert werden. Wie aus der Figur 2 zu erkennen ist, umfasst die Reinigungseinrichtung 8 eine Kammer 1 1 , welche über dem Werkstück verschlossen werden kann. In der Kammer 1 1 wird ein CO ₂ -Strahl auf die zu reinigende Oberfläche des Werkstückes gerichtet. Das verdampfte Kohlendioxid wird durch eine Abzugseinrichtung abgezogen.

Nach der Reinigung wird das Werkstück in eine dritte Station 9 überführt, in welcher eine Messeinrichtung 10 angeordnet ist. Die Messeinrichtung 10 er- fasst die Oberflächeneigenschaft der endbearbeiteten und gereinigten Ober- fläche des Werkstückes. Diese Oberflächeneigenschaft kann gespeichert wer- den. Zudem ist die Messeinrichtung 10 an eine nicht dargestellte Auswer- teeinheit angeschlossen, welche aufgrund des Messergebnisses bestimmt, um welches Maß die Ausrichteinheit 6 der ersten Station 3 nachjustiert werden muss, damit die vorgegebenen Toleranzen eingehalten werden. Beispielsweise kann ein Anstellwinkel des Werkzeughalters 4 zu dem Werkstück geändert werden, wobei die Auswerteeinheit vorgibt, um welchen Winkel die Ausricht- einheit 6 für die Bearbeitung eines nachfolgenden Werkstückes verschwenkt werden muss. Wenn die Ausrichteinheit 6 elektrisch betreibbar ist, kann die Änderung der Ausrichtung für die Bearbeitung eines nachfolgenden Werkstü- ckes auch automatisch erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Tisch

2 Spannvorrichtung

3 erste Station

4 Werkzeughalter

5 Zustelleinheit

6 Ausrichteinheit

7 zweite Station

8 Reinigungseinrichtung

9 dritte Station

10 Messeinrichtung

1 1 Kammer

12 Ladestation