DE102007037464B4

DE102007037464B4 - Schneidwerkzeug zum Bearbeiten von Werkstückoberflächen

Info

Publication number: DE102007037464B4
Application number: DE102007037464A
Authority: DE
Inventors: Peter Kopton
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: DE102007037464A1

Abstract

Schneidwerkzeug zum Bearbeiten von Werkstückoberflächen mit einem an einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufspannbaren Werkzeugkopf (14), der einen Stirnfräser (18) aufweist, und mit einer in den Werkzeugkopf (14) integrierten Vorrichtung zum Entgraten der Werkstückoberfläche, wobei die Vorrichtung zumindest eine, außerhalb der Drehachse (10) des Werkzeugkopfes (14) angeordnete Drahtbürste (20) aufweist, die mit dem Werkzeugkopf (14) umlaufend an die Werkstückoberfläche anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Drahtbürste (20) im Werkzeugkopf (14) drehbar gelagert und über eine zusätzliche Antriebsvorrichtung (46) um deren Drehachse (22) rotierend angetrieben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug zum Bearbeiten von Werkstückoberflächen, mit einem an einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufspannbaren Werkzeugkopf, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Schneidwerkzeug ist beispielsweise durch die EP 1 186 366 B1 bekannt, welches als kombiniertes Werkzeug spanende Oberflächenbearbeitung und ein Finishing bzw. das Entgraten scharfer Kanten des Werkstückes ermöglicht. Die dabei in den Werkzeugkopf integrierten und axial ausfahrbaren Drahtbürsten sind außerhalb der Drehachse des Werkzeugkopfes angeordnet und laufen dem gemäß mit diesem eine Kreisbahn beschreibend um. Aus der JP 9-1414 A ist ein weiteres Schneidewerkzeug bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneidwerkzeug der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit dem ein noch effizienteres Finishing bzw. Entgraten der Werkstückoberflächen erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine rotationssymmetrische Drahtbürste im Werkzeugkopf drehbar gelagert und über eine zusätzliche Antriebsvorrichtung um deren Drehachse rotierend angetrieben ist. Somit wird der Kreisbahn der Drahtbürste eine Rotation überlagert, die ein deutlich verbessertes und effizienteres Finishing bzw. Entgraten ergibt. In vorteilhafter Weise werden dabei die Drahtbürste gleichmäßiger belastet und ermöglichen auch mit geringeren Anpressdrücken auf die Werkstückoberflächen sehr gute Ergebnisse. Außerdem erfolgt erfindungsgemäß das Entgraten und das Fräsen in einem gemeinsamen Arbeitsschritt.
In baulich und fertigungstechnisch günstiger Weise kann die Antriebsvorrichtung einen auf dem Werkzeugkopf drehbar gelagerten Antriebsring aufweisen, der eine Innenverzahnung trägt, die mit Außenverzahnungen von mit den Drahtbürsten drehfest verbundenen Abtriebshülsen in Eingriff sind. Mittels des Antriebsringes können somit sämtliche, über den Umfang des Werkzeugkopfes angeordneten Drahtbürsten gemeinsam angetrieben werden. Alternativ kann der Antrieb der Drahtbürste auch über Reibrollen erfolgen
Ferner können die Drahtbürsten gegensinnig zur Drehrichtung des Werkzeugkopfes angetrieben sein. Daraus resultiert u. a. eine weiter verbesserte Effizienz der Drahtbürsten durch Steigerung der Relativgeschwindigkeit der auf die Werkstoffoberfläche auflaufenden Bürstendrähte.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Antriebsring über eine am Maschinengehäuse der Werkzeugmaschine festlegbare Drehmomentstütze drehfest gehalten sein. Damit entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Antriebsmotors, indem ähnlich eines Planetengetriebes die Drehbewegung des Werkzeugkopfes auch die Rotationsbewegung der Drahtbürsten erzeugt.
Baulich und montagegünstig kann der Werkzeugkopf zweiteilig mit zu dessen Drehachse senkrechter Trennebene ausgeführt sein, wobei der Antriebsring auf einem im Durchmesser reduzierten Fortsatz des antriebsseitigen Kopfteiles drehbar gelagert ist. Demzufolge können in dem den Stirnfräser tragenden, anderen Kopfteil die Abtriebshülsen der Drahtbürsten drehbar gelagert sein und in entsprechende Bohrungen des antriebsseitigen Kopfteiles einragen. In Vormontageschritten kann somit der Antriebsring an dem antriebsseitigen Kopfteil und die Abtriebshülsen mit den Drahtbürsten an dem anderen Kopfteil eingebaut und dann in einfacher Weise zusammengebaut werden.
Des weiteren können in dem durchmesserreduzierten Fortsatz des antriebsseitigen Kopfteiles in die Bohrungen für die Abtriebshülsen einschneidende Ausnehmungen vorgesehen sein, über die die Innenverzahnung des Antriebsringes mit den Außenverzahnungen der Abtriebshülsen in Eingriff sind.
Ferner können zur Erzielung einer robusten und verschleißgünstigen Konstruktion des Schneidwerkzeuges der Antriebsring auf dem Fortsatz des antriebsseitigen Kopfteiles und die Abtriebshülsen in dem zweiten Kopfteil über Wälzlager drehbar gelagert sein.
Zur Bereitstellung einer definierten Anpresskraft der Drahtbürsten können des weiteren die Abtriebshülsen axial verschiebbar in dem den Stirnfräser tragenden Kopfteil geführt sein, wobei die die Rotation der Drahtbürsten bewirkenden Außenverzahnungen entsprechend dem Verschiebeweg breiter ausgeführt sein müssen.
In Weiterbildung der Erfindung können ferner in den Bohrungen des antriebsseitigen Kopfteiles zur Aufnahme der Abtriebshülsen drehbar gelagerte Führungsstifte vorgesehen sein, die einerseits in zentrale Bohrungen der Antriebshülsen einragen und an denen sich andererseits auf die Abtriebshülsen wirkende Anpressfedern abstützen. Baulich besonders günstig können dabei die Anpressfedern überwiegend innerhalb der Abtriebshülsen positioniert sein.
Um ein einfaches Auswechseln verschlissener Drahtbürsten zu ermöglichen, können die Drahtbürsten über einen angeformten Montagestift und einen Sprengring in die zentralen Bohrungen der Abtriebshülsen eingesetzt und axial sowie verdrehfest gehalten sein. Die Verdrehsicherung kann z. B. über eine Nut-Feder-Verbindung bewerkstelligt sein.
Alternativ zu der besagten Drehmomentstütze kann der Antriebsring über eine an dem Werkzeugkopf angeordnete und mit diesem rotierende Antriebseinrichtung mit einer positiven oder negativen Relativdrehzahl antreibbar sein. Die Antriebseinrichtung kann z. B. ein Hydraulikmotor, bevorzugt aber ein Elektromotor sein, dessen Rotor mit dem Antriebsring ein einheitliches Funktionsteil bildet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die einzige Zeichnung Bezug genommen, die in einem Mittellängsschnitt einen teilweise dargestellten Werkzeugkopf eines auf die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufspannbaren Schneidwerkzeuges mit einem Stirnfräser und mit integrierten Drahtbürsten zeigt.
Das linksseitig seiner Drehachse 10 dargestellte Schneidwerkzeug 12 weist einen Werkzeugkopf 14 auf, der in üblicher Weise auf die Arbeitsspindel (nicht dargestellt) einer Werkzeugmaschine aufspannbar ist. Die nicht dargestellte, rechte Hälfte des Werkzeugkopfes 14 ist sich im wesentlichen spiegelbildlich gleich vorzustellen.
Der Werkzeugkopf 14 trägt an seiner dem zu bearbeitenden Werkstück (nicht dargestellt) zugewandten Stirnseite 16 einen Stirnfräser 18, der üblicherweise durch eingesetzte Schneidleisten oder durch einen Ringfräser gebildet sein kann.
In den Werkzeugkopf 14 in entsprechende, umfangsversetzte Bohrungen 15 sind mehrere, rotationssymmetrische Drahtbürsten 20 integriert, die zum Finishen und Entgraten der mittels des Stirnfräsers 18 spanend bearbeiteten Werkstückoberflächen dient. Die Drahtbürsten 20 aus verschleißfesten Stahldrähten 20a (nur angedeutet dargestellt) sind in einem Bürstenkopf 20b gehalten.
Die Drahtbürsten 20 sind wie auf der Zeichnung ersichtlich außerhalb der Drehachse 10 des Schneidwerkzeuges 12 bzw. des rotationssymmetrischen Werkzeugkopfes 14 angeordnet, so dass sie bei drehendem Schneidwerkzeug 12 auf einer einheitlichen Kreisbahn umlaufen.
Zusätzlich sind die Drahtbürsten 20 um deren zur Drehachse 10 parallelen Drehachse 22 über eine Abtriebshülse 24 drehbar in dem Werkzeugkopf 14 gelagert. Die Drehlagerung erfolgt mittels zweier Wälzlager bzw. Kugellager 26, die in eine gestufte Lagerbohrung 17 des Werkzeugkopfes 14 eingesetzt sind. Zwischen den beiden Kugellagern 26 ist eine Distanzhülse 28 vorgesehen.
Die Drahtbürsten 20 (es ist nur eine Drahtbürste 20 ersichtlich) sind jeweils mittels eines an den Bürstenkopf 20b angeformten, gestuften Montagestiftes 20c in eine zentrale Bohrung 19 der Abtriebhülsen 24 eingesetzt und mit einem in entsprechenden Ringnuten des Montagestiftes 20c und der zentralen Bohrung 19 eingefederten Sprengring 30 gehalten. Eine Nut-Feder- Verbindung 32 bildet jeweils die erforderliche Verdrehsicherung zwischen den Abtriebshülsen 24 und den Drahtbürsten 20.
Ferner ragt in die zentrale Bohrung 19 der Abtriebshülsen 24 jeweils ein gestuft ausgebildeter Führungstift 34 ein, der über ein Kugellager 36 in einer Aufnahmebohrung 21 des Werkzeugkopfes 14 drehbar gelagert ist und an dem sich eine Anpressfeder 38 abstützt. Die Anpressfeder 38 wirkt andererseits auf die Abtriebshülse 24 und ist wie ersichtlich überwiegend innerhalb einer an die zentrale Bohrung 19 anschließenden, im Durchmesser größeren Bohrung 23 aufgenommen.
Eine neben der Drehlagerung der Abtriebshülse 24 axiale Verschiebbarkeit der Abtriebshülse 24 ist dadurch hergestellt, dass die Kugellager 26 bzw. deren Lagerinnenringe (ohne Bezugszeichen) und die Distanzhülse 28 einen Gleitsitz auf der Abtriebshülse 24 aufweisen. Dementsprechend können die Anpressfedern 38 die Drahtbürsten 20 stirnseitig gegen die zu bearbeitende Werkstückoberfläche vorspannen. Es kann jedoch auch in an sich bekannter Weise eine weitere Anpressvorrichtung vorgesehen sein, die die Abtriebshülsen 24 und die Drahtbürsten 20 hydraulisch, preumatisch oder mechanisch gegen die Werkstückoberfläche bei Bedarf vorspannen.
Der Werkzeugkopf 14 ist in einer zur Drehachse 10 senkrechten Trennebene 40 in ein antriebsseitiges, auf der Zeichnung oberes Kopfteil 14a und ein unteres, den Stirnfräser 18 tragendes Kopfteil 14b unterteilt. Die beiden Kopfteile 14a, 14b sind mittels nicht dargestellter Schraubverbindungen und formschlüssiger Passstifte fest und passgenau miteinander verbunden. Wie ersichtlich ist, ist die Drehlagerung 26 der Abtriebshülsen 24 in dem unteren Kopfteil 14b angeordnet.
Das obere, antriebsseitige Kopfteil 14a weist einen an die Trennebene 40 anschließenden, im Durchmesser reduzierten, rotationssymmetrischen Fortsatz 42 auf, auf dem über Wälzlager bzw. Kugellager 44 ein Antriebsring 46 drehbar gelagert ist.
Der Antriebsring 46 weist eine radial nach innen ragende Zwischenwand 46a auf, die eine Innenverzahnung 46b trägt. Die Innenverzahnung 46b kämmt jeweils durch in die Aufnahmebohrungen 21 einschneidende Ausnehmungen 42a in dem Fortsatz 42 hindurch mit Außenverzahnungen 24b an den Abtriebhülsen 24. Die Außenverzahnungen 24b sind derart breit ausgeführt, dass der Zahneingriff über den gesamten, axialen Verschiebeweg der Abtriebshülsen 24 bzw. der Drahtbürsten 20 sichergestellt ist.
Die Ausnehmungen 42a sind gebildet durch eine in der Schnittansicht nicht ersichtliche Ringnut in dem Fortsatz 42, in der die besagte Zwischenwand 46a mit der Innenverzahnung 46b entsprechend frei umlaufen kann und deren Nutgrund jeweils durch die Ausnehmungen 42a unterbrochen ist, in die die Außenverzahnungen 24b der Abtriebshülsen 24 einragen.
Der Antriebsring 46 ist mit einer nur angedeuteten, an dem Gehäuse der Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) verdrehfest, aber axial verschiebbar geführten Drehmomentstütze 48 z. B. mittels einer Schraubverbindung fest verbunden. Es können auch mehrere über den Umfang des Antriebsringes 46 verteilte Drehmomentstützen 48 vorgesehen sein.
Wird das Schneidwerkzeug 12 mit dem Werkzeugkopf 14 über die Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine angetrieben, so werden die Drahtbürsten 20 über die Abtriebshülsen 24 in Rotation versetzt. Der nicht drehende Antriebsring 46 mit dessen Zwischenwand 46a dient dabei als Reaktionsglied; die Abtriebshülsen 24 mit deren Außenverzahnungen 24b wälzen auf der Innenver zahnung 46b entsprechend ab, wobei die Drehrichtung der Drahtbürsten 20 gegensinnig zur Drehrichtung des Schneidwerkzeuges 12 gerichtet ist.
Anstelle des baulich besonders einfachen Prinzips mit dem nicht drehenden Antriebsring 46 und der Drehmomentstütze 48 kann der Antriebsring 46 auch über eine an dem Werkzeugkopf 14 bzw. dem Kopfteil 14a angeordnete und mit diesem rotierende Antriebseinrichtung mit einer Relativdrehzahl angetrieben werden. Die Antriebseinrichtung kann hydraulisch, pneumatisch oder bevorzugt elektromotorisch ausgeführt sein.
Insbesondere kann die Antriebseinrichtung ein Elektromotor sein, dessen Rotor mit dem Antriebsring 46 ein einheitliches Funktionsteil bildet.
Eine derartige, entsprechend aufwändigere Antriebseinrichtung hat u. a. den Vorteil, dass die Drehzahlen sowie die Drehrichtung der Drahtbürsten 20 unabhängig von der Drehzahl des Schneidwerkzeuges eingestellt bzw. eingesteuert werden können.

Claims

Schneidwerkzeug zum Bearbeiten von Werkstückoberflächen mit einem an einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufspannbaren Werkzeugkopf (14), der einen Stirnfräser (18) aufweist, und mit einer in den Werkzeugkopf (14) integrierten Vorrichtung zum Entgraten der Werkstückoberfläche, wobei die Vorrichtung zumindest eine, außerhalb der Drehachse (10) des Werkzeugkopfes (14) angeordnete Drahtbürste (20) aufweist, die mit dem Werkzeugkopf (14) umlaufend an die Werkstückoberfläche anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationssymmetrische Drahtbürste (20) im Werkzeugkopf (14) drehbar gelagert und über eine zusätzliche Antriebsvorrichtung (46) um deren Drehachse (22) rotierend angetrieben ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung einen auf dem Werkzeugkopf (14) drehbar gelagerten Antriebsring (46) aufweist, der eine Innenverzahnung (46b) trägt, die mit Außenverzahnungen (24b) von mit der Drahtbürste (20) drehfest verbundenen Abtriebshülsen (24) in Eingriff sind.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtbürste (20) gegensinnig zur Drehrichtung des Werkzeugkopfes (14) angetrieben ist.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsring (46) über eine am Maschinengehäuse der Werkzeugmaschine festlegbare Drehmomentstütze (48) drehfest gehalten ist.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (14) zweiteilig mit zu dessen Drehachse (10) senkrechter Trennebene (40) ausgeführt ist und dass der Antriebsring (46) auf einem im Durchmesser reduzierten Fortsatz (42) des antriebsseitigen Kopfteiles (14a) drehbar gelagert ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem den Stirnfräser (18) tragenden, anderen Kopfteil (14b) die Abtriebshülsen (24) der Drahtbürste (20) drehbar gelagert sind und in entsprechende Bohrungen (21) des antriebsseitigen Kopfteiles (14a) einragen.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem durchmesserreduzierten Fortsatz (42) des antriebsseitigen Kopfteiles (14a) in die Bohrungen (21) für die Abtriebshülsen (24) einschneidende Ausnehmungen (42a) vorgesehen sind, über die die Innenverzahnung (46b) des Antriebsringes (46) mit den Außenverzahnungen (24b) der Abtriebshülsen (24) in Eingriff sind.
Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsring (46) auf dem Fortsatz (42) des antriebsseitigen Kopfteiles (14a) und die Abtriebshülsen (24) in dem zweiten Kopfteil (14b) über Wälzlager (44, 26) drehbar gelagert sind.
Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebshülsen (24) axial verschiebbar in dem den Stirnfräser (18) tragenden Kopfteil (14b) geführt sind.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bohrungen (21) des antriebsseitigen Kopfteiles (14a) zur Aufnahme der Abtriebshülsen (24) drehbar gelagerte Führungsstifte (34) vorgesehen sind, die einerseits in zentrale Bohrungen (19) der Abtriebshülsen (24) einragen und an denen sich andererseits auf die Abtriebshülsen (24) wirkende Anpressfedern (38) abstützen.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressfedern (38) überwiegend innerhalb der Abtriebshülsen (24) positioniert sind.
Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtbürste (20) über einen angeformten Montagestift (20c) und einen Sprengring (30) in die zentralen Bohrungen (19) der Abtriebshülsen (24) eingesetzt und axial sowie verdrehfest gehalten ist.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsring (46) über eine an dem Werkzeugkopf (14) angeordnete und mit diesem rotierende Antriebseinrichtung mit einer Relativdrehzahl antreibbar ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung ein Elektromotor ist, dessen Rotor mit dem Antriebsring (46) ein einheitliches Funktionsteil bildet.