CN111132785B - 用于加工工件的机加工工具、加工设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机加工工具(2)，其用于加工工件中的镗孔，具体地讲用于同时加工彼此间隔开预定距离的多个镗孔，所述机加工工具具有在工具纵向轴线(4)的方向上延伸的切削主体(8)并且具有周向布置的至少一个切削元件(12)，以及引导主体(10)，所述引导主体在所述工具纵向轴线(4)的方向上邻接所述切削主体(8)，紧固到所述切削主体(8)并且具有至少一个周向布置的引导元件(20)。所述引导主体(10)没有切削元件(12)，并且所述引导主体(10)被设计成施加预加载力，使得在使用期间，所述至少一个引导元件(20)抵靠所述引导主体(10)的轴承预加载。

Description

用于加工工件的机加工工具、加工设备和方法

背景技术

本发明涉及机加工工具，具体地讲为具有权利要求1的前序部分的特征的线镗杆，具有对应机加工工具的加工设备以及用于借助于这样的机加工工具来加工工件的方法。

这样的机加工工具在例如WO 2014/195007 A1中有所描述。

轴承轴，例如机动车辆中的凸轮轴或曲轴，通常安装在轴承镗孔中的多个轴向间隔的轴承腹板上，该轴承镗孔在下文中简称为镗孔。通常使用所谓的线镗杆将单独镗孔钻至最终尺寸。线镗杆具有切削刃，该切削刃在轴向方向上通过相应的距离测量而彼此偏移，并且每个切削刃旨在用于加工相应的镗孔，使得使用这样的线镗杆，可以通过在轴向方向上间隔开的切削刃来同时加工若干镗孔。因此，根据镗孔的间距在镗杆上形成具有一个相应切削刃的工作位置。通常，对于每个工作位置仅形成一个切削刃。

对于钻孔过程，通常必须引导或支撑镗杆。如例如在铰刀的情况下已知的那样，通过引导元件将镗杆直接支撑在相应切削刃的区域中有时可能不容易。

发明内容

发明的目的

由此出发，本发明基于以下目的：指定有利地构造的机加工工具，有利地构造的加工设备以及用于加工工件的有利方法。

发明的技术方案

该目的根据本发明通过具有权利要求1的特征的机加工工具，具有权利要求13的特征的加工设备以及具有权利要求14的特征的方法来实现。优选的进一步的发展分别在从属权利要求中提出。关于机加工工具提及的优点和优选构型也可以类似地应用于加工设备和/或方法，反之亦然。

对应的机加工工具通常被构造为钻头、镗杆或线镗杆，并且被设计用于加工工件的镗孔，并且具体地讲用于同时加工彼此间隔开预定距离的多个镗孔。出于该目的，机加工工具包括在工具纵向轴线的方向上延伸的切削主体，在该切削主体的圆周上布置了至少一个切削元件，并且具体地讲布置了彼此间隔开预定距离的多个切削元件。机加工工具还包括引导主体，该引导主体在工具纵向轴线的方向上观察时邻接切削主体并且被紧固到切削主体上，并且在该引导主体的圆周上布置了至少一个引导元件。引导主体没有切削元件，并且引导主体还被构造为施加预加载力，使得在使用期间，即，具体地讲在工件的加工期间，至少一个引导元件被抵靠轴承的壁，或抵靠引导主体的轴承镗孔的壁的预加载。

在一些情况下，机加工工具被设计和构造用于给定轴承，即，具体地讲为具有给定直径的给定轴承镗孔，然后，所提供的预加载力相应地通常仅在将机加工工具引导到这样的轴承中(即，引导到这样的轴承镗孔中)时才发生。在这些情况下，通常为不同的轴承或具有各种直径的轴承镗孔提供适当调整的机加工工具。作为另外一种选择或除此之外，对应机加工工具被设计成使得其可例如通过调节机构而适于不同轴承或具有不同直径的轴承镗孔。

然后，在机加工工具的预加载状态下，引导主体的至少一个引导元件靠在工件的轴承或轴承镗孔的壁上，为此，机加工工具被设计和构造成具有预期且相应预定的接触压力，由此最终实现了机加工工具的预加载。在工件的加工期间，将机加工工具抵靠轴承或轴承镗孔预加载，这对机加工工具的精度具有有利的影响。这是由于这样的事实，即适当的预加载通常确保机加工工具非常牢固地坐置在例如接收镗孔或轴承镗孔中，并防止工具从镗孔壁上抬起。这导致机加工工具的相对稳健和精确的操作。

根据应用，机加工工具的切削主体(也称为切削部件)被构造为例如圆柱形的，或者与例如WO 2014/195007 A1的基体的情况一样，当在横截面上观察时，具有偏心区域。在这种情况下，切削主体包括例如基体和平衡元件，类似于WO 2014/195007 A1中描述的基体。因此，据此明确地参考WO 2014/195007 A1，具体地讲是关于此处描述的机加工工具的切削主体的可能设计变型形式。此外，工具纵向轴线通常与切削主体的中心纵向轴线和/或切削主体的质心轴线基本上重合。

另一方面，引导主体是圆柱形的，并且在其圆周上包括至少一个引导元件以用于在待处理的工件上引导引导主体，以及因此引导机加工工具，并且具体地讲用于在引导镗孔中引导。对应的引导元件被构造为例如引导扁销，该引导扁销优选地在工具纵向轴线的方向上或在引导主体的主体纵向轴线的方向上延伸。

引导主体(也称为引导部件)还优选地包括上述主体纵向轴线，该主体纵向轴线在机加工工具的使用期间平行于工具纵向轴线偏移或移位。这样做时，工具纵向轴线通常在使用期间以及因此在工件的加工期间与机加工工具的旋转轴线基本上重合，使得在使用期间，引导主体的主体纵向轴线与工具纵向轴线，以及因此与旋转轴线偏心地布置。

引导主体的主体纵向轴线优选对应于引导主体的中心纵向轴线，只要所述引导主体具有简单的圆柱形形状。不考虑此，引导主体的主体纵向轴线通常延伸穿过引导主体的质心，并且优选地穿过引导主体的彼此间隔开的两个横截面的至少两个重心。

根据机加工工具的另外优选设计，主体纵向轴线以及因此引导主体可借助调节机构，具体地讲在预加载方向上相对于工具纵向轴线在径向方向上移位。预加载方向是预加载力作用的方向，即，在该方向上引导主体抵靠轴承预加载或抵靠轴承镗孔预加载。

在有利的进一步发展中，引导主体的主体纵向轴线至少最初平行于工具纵向轴线对准，并且为了实现第一自由度，在一些情况下是唯一的自由度，调节机构被构造成使得主体纵向轴线以及因此引导主体可相对于工具纵向轴线在径向方向上，具体地讲在预加载方向上移位，具体地讲以实现机加工工具对不同引导镗孔的适应性。主体纵向轴线进一步优选地在引导主体的初始位置中与工具纵向轴线重合，并且径向向外移位以便使用机加工工具，使得工具纵向轴线和主体纵向轴线随后平行于彼此偏移。在最简单的情况下，调节机构被构造成使得对于可调性提供仅一个自由度，该自由度然后实现主体纵向轴线例如经由调节螺钉到工具纵向轴线的平行移位。

作为另外一种选择或除此之外，对于至少一个引导元件实现了可调性。例如，如果引导元件被构造为引导扁销，则该引导扁销在径向方向上移位。对于对应的引导元件，例如，然后可借助于一个或多个调节螺钉实现这样的移位性。如果提供了引导元件的这种可调性，则优选地省略了用于引导主体的附加的可调性，因此优选地，引导主体相对于切削主体的布置没有变化。

如果引导主体具有两个引导元件，则同样是有利的，当在工具纵向轴线的方向上观察时，这两个引导元件在引导主体上在两个角位置处周向布置，并且优选在引导主体上在相同纵向位置处周向布置。然后将角平分线分配给两个角位置，并且机加工工具进一步优选地被构造成使得预加载力在角平分线的方向上近似良好地延伸。

此外，预加载方向(即，预加载力的方向)与角平分线(或更确切地说角平分线的方向)之间的角度优选地小于两个角位置之间的角度的20％，更优选地小于两个角位置之间的角度的10％，并且具体地讲小于5％。如果然后提供调节机构，则通过该调节机构，引导主体可以相对于工具纵向轴线在径向方向上移位，该移位优选地在预加载方向上并且更优选地在角平分线的方向上。

实现在径向方向上并且具体地讲在预加载方向上的移位的这种调节机构适宜地包括导轨、引导扁销和/或引导凹槽，该导轨、引导扁销和/或引导凹槽在径向方向上并且具体地讲在预加载方向上延伸，引导主体可以沿着该导轨、引导扁销和/或引导凹槽相对于切削主体移位。对应导轨、引导扁销或引导凹槽的横截面例如呈燕尾形状。

根据另外的设计变型形式，为了实现自由度，并且具体地讲为第二自由度，调节机构被构造成使得引导主体可围绕主体纵向轴线旋转。根据设计变型形式，对应旋转性既可单独实现，也可与先前描述的移位性一起实现，以便实现一个自由度的一维可调性或两个自由度的二维可调性。

另外的权宜之计是调节机构的设计，其中，为了实现自由度，具体地讲为了实现第二或第三自由度，调节机构被构造成使得主体纵向轴线可以相对于工具纵向轴线倾斜或弯曲。根据设计变型形式，单独地、与上述之一一起或与上述调节变型形式中的两者一起实现的这种可调性使得可调节性诸如能够以使用所谓的SIF适配器的类似方式实现。相对于工具纵向轴线倾斜主体纵向轴线导致机加工工具的期望摆动。

根据机加工工具的另外有利设计，在使用期间，引导主体的质量围绕工具纵向轴线不均匀地分布，从而在围绕工具纵向轴线旋转期间在构造上指定定向不平衡。此外，在机加工工具中，这种不平衡优选地仅在引导主体的区域中给定，而切削主体优选地相对于围绕工具纵向轴线的旋转而平衡。因此，机加工工具的局部质心在引导主体的区域中，并且因此在机加工工具的自由端的区域中相对于机加工工具的旋转轴线偏移。因此，在机加工工具的使用期间(即，在旋转期间)，离心力作用在对应的局部质心上，结果机加工工具弯曲，由此自由端(即，引导主体)从旋转轴线(即，工具纵向轴线)开始径向向外弯曲，并因此可能压靠在镗孔壁(即，轴承或轴承镗孔)上。

如果切削主体包括切削元件载体，则同样是适宜的，在该切削元件载体上周向布置至少一个切削元件或多个切削元件。一个或多个切削元件优选地以可逆地可拆卸的方式紧固到切削元件载体，并且在这种情况下，切削元件然后进一步优选地被构造为切削刀片。然后，例如，对应切削元件载体由较简单的工具钢制成，而一个或多个切削元件通常由高质量硬质金属、金属陶瓷、PCD或PCBN组成。

如果提供了多个切削元件，则当在工具纵向轴线的方向上，具体地讲在平行于工具纵向轴线的线中观察时，它们优选地基本上成直线地布置在切削主体的圆周上。这意味着，在这种情况下，切削元件在工具纵向轴线的方向上分布，并且周向地布置在切削主体上，但始终定位在相同角位置处。

切削主体还优选地不包括引导元件，使得切削主体优选地仅包括切削元件，并且引导主体仅包括引导元件。

如果引导主体具有例如由较简单的工具钢制成的引导元件载体，则同样是适宜的，在该引导元件载体上至少一个或多个引导元件周向布置并且以可逆地可拆卸的方式，但具体地讲以不可拆卸的方式紧固。一个或多个引导元件然后通常由高质量硬质金属、金属陶瓷或PCD制成。

如果引导主体以可逆地可拆卸的方式紧固到切削主体，例如借助于螺纹连接，则同样是有利的。

引导主体通常还具有在主体纵向轴线的方向上的延伸，该延伸的值在约5cm和约9cm之间的范围内，例如7cm。不管实际值如何，引导主体在主体纵向轴线的方向上的延伸优选地在切削主体在工具纵向轴线的方向上的延伸的10％和30％之间。

在许多情况下，机加工工具被构造用于加工工件，其中一个或多个要加工的镗孔的直径基本上等于轴承镗孔或轴承的直径。具体地讲，在这种情况下，机加工工具然后适应于对应工件并且被构造成使得在使用期间，在围绕工具纵向轴线旋转期间，至少一个切削元件沿着具有切削半径的切削圆被引导，并且在围绕工具纵向轴线旋转期间，至少一个引导元件沿着具有引导半径的引导圆被引导，其中引导半径大于或等于切削半径。如果随后为机加工工具提供了调节机构，则该调节机构优选地被构造成使得引导半径可借助调节机构，例如通过使用齿轮装置的强制引导可变地指定或可变地调节，使得调节机构实现引导半径大于或等于切削半径的规格。

在这种情况下，如果切削半径与引导半径之间和/或切削半径与引导半径的轴线之间的差值在50和200μm之间的范围内，则是进一步有利的。如果差值大于25μm，大于50μm，并且具体地讲大于100μm，则是进一步优选的。如果差值小于300μm，小于200μm，并且具体地讲小于100μm，则同样是适宜的。

前述机加工工具优选地被构造为用于具有主轴并且具有工具保持器的机床的刀片，并且机加工工具相应地适宜地包括轴或工具轴，在工具纵向轴线的方向上观察时，该轴或工具轴邻接与引导主体相对的切削主体。轴优选地一体或整体地转动，并且具体地讲被构造为夹紧轴或者HSK工具保持器或陡锥工具保持器的轴。

然后，机加工工具与对应机床一起形成用于加工工件的加工设备。加工设备的机床优选地包括主轴，该主轴具有工具保持器，但是不具有对准机构，并且前述机加工工具更优选地直接连接到机床的主轴。这意味着，具体地讲，不存在所谓的对准适配器或SIF适配器(SIF＝可操纵接口)的介入。

以下使用附图更详细地解释本发明的设计示例。

附图说明

在简化的示意图示中，这些图分别示出：

图1以第一透视图示出具有切削主体和引导主体的机加工工具，

图2以第二透视图示出具有切削主体和引导主体的机加工工具，

图3以第二透视图示出具有切削主体和引导主体的机加工工具，其中引导主体相对于切削主体移位，

图4以第二透视图示出具有切削主体而没有引导主体的机加工工具，

图5以第三透视图示出引导主体，并且

图6以第四透视图示出引导主体。

在图中，具有相同作用的部件以相同附图标记提供。

具体实施方式

下面作为示例描述并且在图1中示出的机加工工具2用于同时加工彼此间隔开预定距离的多个镗孔，并因此适于该预期应用。

机加工工具2沿着工具纵向轴线4延伸，其中该工具纵向轴线4代表机加工工具2的中心纵向轴线的类型。机加工工具2还包括轴6，该轴可以插入未描绘的机床主轴的互补工具保持器中，并且因此可以以可逆地可拆卸的方式连接到机床。为了加工工件，然后将机加工工具2的轴6相应地插入到机床的工具保持器中并且因此连接到机床。随后，借助于机床的主轴将机加工工具2设置为旋转，由此旋转轴线与工具纵向轴线4至少近似良好地重合。

此处预期有确切的重合，但是由于给定的制造公差，不能总是实现该重合。尽管如此，主轴优选地不具有对准机构，并且机加工工具仍然优选地与主轴直接连接而无需对准适配器的介入。轴6还优选地不具有对准机构，并且进一步优选地被一体或整体地构造。

在工具纵向轴线4的方向上观察时，轴6与切削主体8邻接，在设计示例中，该切削主体具有圆柱形形状并且不可拆卸地连接到轴6。因此，它不能以非破坏性方式从轴6拆卸。在切削主体8的与轴6相对的端部上，定位了引导主体10，在机加工工具2的使用期间该引导主体似乎形成了机加工工具2的自由端，并且优选地以可逆地可拆卸的方式连接到切削主体8。

在设计示例中，三个切削元件12周向地布置在切削主体8上，由此每个切削元件12通过螺钉14以可逆地可拆卸的方式紧固到切削主体8，或更确切地说，紧固到也形成切削主体8的切削元件载体。因此可以根据需要替换切削元件12。用于紧固切削元件12的螺钉14适宜地设置在凹陷部16中，并且在设计示例中，切削元件12沿着线18沿着工具纵向轴线4布置，由此线18平行于工具纵向轴线4延伸。切削元件12之间的距离对应于要在对于其设计了机加工工具2的工件上的加工的镗孔之间的距离。

在设计示例中，引导主体10同样具有圆柱形形状。在引导主体10的圆周上定位了两个引导扁销20作为引导元件，由此导轨20平行于引导主体10的主体纵向轴线22布置。引导主体10的主体纵向轴线22对应于引导主体10的中心纵向轴线的类型，该中心纵向轴线也与引导主体10的质心轴线基本上重合，并且因此延伸穿过引导主体10的质心。

在设计示例中，引导主体10不仅以可逆地可拆卸的方式连接到切削主体8，而且还经由调节机构24连接到该切削主体，如图4和图5所示，该调节机构包括轨道26和凹槽28。轨道26形成在引导主体10上，并且凹槽28形成在切削主体8上。调节机构24允许主体纵向轴线22以及因此引导主体10相对于工具纵向轴线4以及因此相对于切削主体8在径向方向上移位。相应的移位位置例如通过未描绘的螺钉固定，或者通过螺钉的旋转位置可变地指定或设置。在初始位置或起始位置，引导主体10通常被布置成使得引导主体10的主体纵向轴线22与工具纵向轴线4重合。

然而，为了使用机加工工具2，即为了加工工件，将引导主体10的主体纵向轴线22移出该起始位置，使得主体纵向轴线22和工具纵向轴线4(以及因此通常为机加工工具2的旋转轴线)彼此偏移地设置。通过对应偏移预加载机加工工具2，以便实现机加工工具2在为此目的而提供的轴承上或在为此目的而提供的轴承镗孔中的可靠引导，这对加工精度有有益的影响。

然后，一旦相应的机加工工具2被预加载，引导主体10的引导扁销20以预期且相应预定的接触压力靠在轴承或轴承镗孔的壁上，由此实现了对机加工工具2的预加载。在设计示例中，该接触压力的方向由预加载方向30指定，该预加载方向与由两个引导扁销20的两个角位置34确定的接触压力角平分线32近似良好地重合。

Claims (13)

1.一种用于加工工件的镗孔，用于同时加工彼此间隔开预定距离的多个镗孔的机加工工具(2)，包括在工具纵向轴线(4)的方向上延伸的切削主体(8)并且具有至少一个周向布置的切削元件(12)，

其特征在于，

引导主体(10)，所述引导主体在所述工具纵向轴线(4)的方向上邻接所述切削主体(8)，紧固到所述切削主体(8)并且具有至少一个周向布置的引导元件(20)，其中所述引导主体(10)没有切削元件(12)，并且其中所述引导主体(10)被构造成施加预加载力，使得在使用期间，所述至少一个引导元件(20)抵靠所述引导主体(10)的轴承预加载；

且其中，所述引导主体(10)包括两个引导元件(20)，所述两个引导元件在两个角位置(34)处周向地布置，其中将角平分线(32)分配给所述两个角位置(34)，并且所述预加载力(30)在所述角平分线(32)的方向上延伸。

2.根据权利要求1所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

所述引导主体(10)包括主体纵向轴线(22)，在使用期间，所述主体纵向轴线被布置成相对于所述工具纵向轴线(4)偏移。

3.根据权利要求2所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

所述引导主体(10)可借助调节机构(26、28)相对于所述工具纵向轴线(4)径向移位。

4.根据权利要求3所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

所述主体纵向轴线(22)平行于所述工具纵向轴线(4)对准，并且为了实现自由度，所述调节机构(26、28)被构造成使得所述主体纵向轴线(22)可相对于所述工具纵向轴线(4)在径向方向(30)上移位。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

所述调节机构(26、28)包括导轨(26)或引导凹槽(28)，所述导轨或引导凹槽在径向方向上延伸，并且所述引导主体(10)可沿着所述导轨或引导凹槽移位。

6.根据权利要求3至4中任一项所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

为了实现自由度，所述调节机构(26、28)被构造成使得所述引导主体(10)可围绕所述主体纵向轴线(22)旋转。

7.根据权利要求3至4中任一项所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

为了实现自由度，所述调节机构(26、28)被构造成使得所述主体纵向轴线(22)可相对于所述工具纵向轴线(4)倾斜。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

在使用期间，所述引导主体(10)的质量围绕所述工具纵向轴线(4)不均匀地分布，以便在围绕所述工具纵向轴线(4)旋转期间在构造上指定定向不平衡，由此，所述引导主体(10)的质量围绕所述工具纵向轴线(4)的分布偏离所述切削主体(8)的质量围绕所述工具纵向轴线(4)的分布。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

在使用期间，在围绕所述工具纵向轴线(4)旋转期间，所述至少一个切削元件(12)沿着具有切削半径的切削圆被引导，并且在围绕所述工具纵向轴线(4)旋转期间，所述至少一个引导元件(20)沿着具有引导半径的引导圆被引导，其中所述引导半径大于或等于所述切削半径。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

所述切削主体(8)周向地包括多个切削元件(12)，在所述工具纵向轴线(4)的方向上观察时，所述多个切削元件被布置成线(18)。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的机加工工具(2)，

其特征在于，

在所述工具纵向轴线(4)的方向上观察时，轴(6)邻接与所述引导主体(10)相对的所述切削主体(8)。

12.一种用于加工工件的加工设备，包括机床，所述机床具有主轴，所述主轴不具有对准机构，

其特征在于，

根据前述权利要求中任一项所述的机加工工具(2)，其中所述机加工工具(2)直接连接到所述主轴。

13.一种用于借助加工设备来加工工件的方法，所述加工设备包括具有主轴的机床并且包括根据权利要求1所述的机加工工具(2)，其中在使用期间借助于引导主体(10)生成预加载力。