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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug mit einem Schaft,
insbesondere ein Fräswerkzeug
oder ein Bohrwerkzeug, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines
solchen Werkzeugs mit einem Schaft.
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Bei
einer Bohr-, Fräs-
oder anderen Vorrichtung können
die Schäfte
verschiedener Werkzeuge in einer Werkzeugaufnahme lösbar befestigt
werden. Durch Kraftschluss bzw. Reibschluss werden Kräfte und
Momente zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Schaft des Werkzeugs übertragen.
Diese Kräfte und
Momente sind insbesondere zur Bearbeitung eines Werkstücks erforderlich
oder treten zumindest bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels
des Werkzeugs auf.
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Wenn
beispielsweise die zwischen Werkzeug und Werkzeugaufnahme zu übertragende
Kraft die Reibungskraft zwischen Werkzeug und Werkzeugaufnahme überschreitet,
rutscht bzw. gleitet der Schaft des Werkzeugs in der Werkzeugaufnahme.
Im Extremfall kann das Werkzeug im Werkstück stecken bleiben und aus
der Werkzeugaufnahme herausgezogen werden. Die Qualität des Arbeitsergebnisses, beispielsweise
die Maßhaltigkeit
des bearbeiteten Werkstücks
oder die Güte
einer erzeugten Oberfläche,
können
durch jede Art von Rutschen oder Gleiten des Schafts des Werkzeugs
in der Werkzeugaufnahme beeinträchtigt
werden.
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Um
die Reibungskraft zwischen einem Schaft eines Werkzeugs und einer
Werkzeugaufnahme zu erhöhen,
wurde bereits der Schaft des Werkzeugs mittels Granulat bestrahlt
und so aufgeraut. Dadurch wird jedoch die Oberfläche des Schafts beschädigt. Ferner
können
Rundlaufprobleme entstehen, da der Materialabtrag durch das Strahlen
nur ungenau steuerbar ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Werkzeug mit
einem Schaft und ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs zu
schaffen, die eine verbesserte Befestigung des Werkzeugs in einer
Werkzeugaufnahme ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Idee, zumindest einen
Oberflächenabschnitt
an einem Schaft eines Werkzeugs mittels eines Lasers zu strukturieren.
Bei geeigneter Steuerung des Lasers ist eine sehr schnelle und gleichzeitig
feine, gleichmäßige und
reproduzierbare Strukturierung des Werkzeugschaftes möglich. Dadurch
können
ein ungleichmäßiger Materialabtrag
und resultierende Rundlaufprobleme zuverlässig vermieden werden. Ferner
kann durch die Laserbehandlung eine Schädigung der Oberfläche minimiert
oder verhindert werden. Abhängig
von der verwendeten Technologie und dem genutzten Wirkungsmechanismus,
insbesondere abhängig
von der Wellenlänge,
der Energie, der Dauer und der Wiederholfrequenz einzelner Laserpulse
können
Schäden am
verbleibenden Materialgefüge
auf wenige Atomlagen begrenzt oder ganz vermieden werden. Insbesondere
erfolgt die Strukturierung durch thermische oder nicht-thermische Laserablation.
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Die
laserstrukturierte Oberfläche
kann ein in ein oder zwei Dimensionen periodisches Muster aufweisen.
Das Muster kann periodisch wiederholte Rauten, Rechtecke, gerade
oder gekrümmte
Linien, sinusförmige
oder aus geraden Linien zusammengesetzte Wellenlinien oder ein Fischgrätmuster
umfassen. Alternativ weist die laserstrukturierte Oberfläche ein
nicht-periodisches
Muster auf.
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Das
Werkzeug ist beispielsweise ein Fräswerkzeug oder ein Bohrwerkzeug
mit einem Schaft zur lösbaren
Befestigung in einer Werkzeugaufnahme, insbesondere einem Spannfutter
oder einer Spannzange. Durch die Laserstrukturierung des Oberflächenabschnitts
können
die Rauheit des Oberflächenabschnitts
gleichmäßig und
reproduzierbar vergrößert und
die Reibungskraft zwischen dem Werkzeug und einer Werkzeugaufnahme
erhöht
werden. Aufgrund der hohen Präzision
und Reproduzierbarkeit der Laserstrukturierung werden beispielsweise
Rundlaufeigenschaften des Werkzeugs nicht beeinflusst.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen anhand
der beigefügten
Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Werkzeugs;
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2 eine
schematische Darstellung eines strukturierten Oberflächenabschnitts;
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3 eine
schematische Darstellung eines strukturierten Oberflächenabschnitts;
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4 eine
schematische Darstellung eines strukturierten Oberflächenabschnitts;
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5 eine
schematische Darstellung eines strukturierten Oberflächenabschnitts;
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6 eine
schematische Darstellung eines strukturierten Oberflächenabschnitts;
und
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7 ein
schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines
Werkzeugs.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Werkzeugs 10 mit mehreren
Schneiden 12 und einem zylinderförmigen oder im Wesentlichen
zylinderförmigen
Schaft 20. Das Werkzeug 10 ist beispielsweise
ein Fräswerkzeug
oder ein Bohrwerkzeug. In beiden Fällen ist der Schaft 20 in
der Regel kreiszylinderförmig
oder zumindest im Wesentlichen kreiszylinderförmig. Der Schaft 20 weist
einen laserstrukturierten Oberflächenabschnitt 30 auf.
Der laserstrukturierte Oberflächenabschnitt 30 kann
den Schaft 20 umfänglich
ganz oder teilweise umschließen
oder aus mehreren zusammenhängenden
oder nicht zusammenhängenden
Teilabschnitten bestehen.
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Der
laserstrukturierte Oberflächenabschnitt 30 kann
ein in ein oder zwei Dimensionen periodisches Muster aufweisen.
Beispiele werden nachfolgend mit Bezug auf die 2 bis 6 näher erläutert. In
jeder der 2 bis 6 ist eine
ebene Abwicklungen des Oberflächenabschnitts 30 oder
eines Ausschnitts desselben dargestellt.
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2 zeigt
ein Muster 40 aus einer in zwei Dimensionen periodischen
Anordnung von Rauten 41. Bei dem dargestellten Beispiel
sind die Rauten 41 quadratisch und grenzen mit ihren Spitzen
aneinander. Alternativ können
die Rauten 41 voneinander beabstandet sein.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Musters 40 aus Wellenlinien 42.
Beispielsweise ist jede einzelne Wellenlinie 42 sinusförmig oder
besteht aus mehreren geraden Linien. Das gesamte Muster 40 umfasst
eine periodische Anordnung gleicher oder ähnlicher Wellenlinien 42.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines Musters 40 mit einer
periodischen Anordnung von Rechtecken 43. Die Rechtecke 43 sind
in mehreren periodisch angeordneten Spalten angeordnet. Innerhalb
jeder Spalte sind die Rechtecke 43 ebenfalls periodisch
angeordnet. Benachbarte Rechtecke 43 sind voneinander beabstandet.
Alternativ können
die Rechtecke 43 beispielsweise an ihren Ecken aneinandergrenzen, ähnlich wie
dies bei den oben anhand der 2 dargestellten
Rauten der Fall ist.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines Musters 40 mit einer
Mehrzahl periodisch angeordneter gerader Linien 44. Alternativ
kann das Muster 40 eine Mehrzahl von Gruppen von geraden Linien 44 umfassen.
Die einzelnen geraden Linien 44 können parallel zum Umfang des
Schafts 20 bzw. senkrecht zur Achse des Schafts 20 und
des Werkzeugs 10 angeordnet sein. Alternativ können die
einzelnen Linien 44 senkrecht zum Umfang bzw. parallel zur
Achse des Werkzeugs 10 und seines Schafts 20 oder
in einem beliebigen Winkel angeordnet sein. Ferner können mehrere
Gruppen von geraden Linien 44 vorgesehen sein, die in vorbestimmten
Winkeln zu einander angeordnet sind.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung eines Musters 40 aus Rechtecken 45,
die in der Art eines Fischgrätmusters
angeordnet sind. Jedes Rechteck 45, das nicht am Rand des
Musters 40 angeordnet ist, grenzt an vier benachbarte Rechtecke unmittelbar
an. Alternativ können
die Rechtecke 45 voneinander beabstandet sein. Ein Fischgrätmuster kann
alternativ aus geraden Linien in zwei verschiedenen Ausrichtungen
aufgebaut sein.
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Bei
allen oben anhand der 2 bis 6 dargestellten
Beispielen können
die schwarz dargestellten Flächen
bzw. Linien die mittels Laserstrahlung bearbeiteten Bereiche sein,
während
die weißen Flächen bzw.
Linien nicht mittels Laserstrahlung bearbeitete Bereiche darstellen.
Alternativ sind die weiß dargestellten
Flächen
bzw. Linien die mittels Laserstrahlung bearbeiteten Bereiche, während die schwarzen
Flächen
bzw. Linien nicht mittels Laserstrahlung bearbeitete Bereiche darstellen.
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Die
mittels der Laserstrukturierung erzielte Erhöhung der Haftreibung zwischen
dem Schaft 20 des Werkzeugs 10 und einer Werkzeugaufnahme
ist von der Technologie der Laserstrukturierung, von dem Material
des Schafts 20, von dem Material und der Oberflächenstruktur
der Werkzeugaufnahme und vom Muster 40 abhängig. In
der Regel ist die Reibungskraft senkrecht zu Strukturkanten, beispielsweise
senkrecht zu den geraden Linien 44, größer als parallel zu diesen.
Durch Wahl des Musters und seiner Orientierung kann die Haftreibung
zwischen dem Schaft 20 des Werkzeugs 10 und einer
Werkzeugaufnahme für
die zu erwartenden Kräfte
und Momente und ihre Richtungen optimiert werden.
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7 zeigt
ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen
eines Werkzeugs. Bei einem ersten Schritt 101 wird ein
Werkzeug-Rohling
bereitgestellt. Bei einem zweiten Schritt 102 wird ein
Oberflächenabschnitt
an einem Schaft des Werkzeug-Rohlings mittels eines Lasers strukturiert,
beispielsweise mittels thermischer oder nicht-thermischer Laserablation.
Dabei wird beispielsweise ein in ein oder zwei Dimensionen periodisches
Muster erzeugt, wie es oben anhand der 2 bis 6 dargestellt
wurde. Der beim ersten Schritt 101 bereitgestellte Werkzeug-Rohling kann ein
von der Strukturierung beim zweiten Schritt 102 abgesehen
fertiges Werkzeug sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeug
- 12
- Schneide
am Fräswerkzeug 10
- 20
- Schaft
- 30
- Oberflächenabschnitt
an dem Schaft 20
- 40
- Muster
am Oberflächenabschnitt 30
- 41
- Raute
- 42
- Wellenlinie
- 43
- Rechteck
- 44
- gerade
Linie
- 45
- Rechteck
- 101
- erster
Schritt
- 102
- zweiter
Schritt
