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Die Erfindung betrifft Werkzeugmaschine zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks mit mindestens einem Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstücks und mit einem, insbesondere scheibenförmigen Werkzeughalter, der wenigstens zwei, voneinander beabstandete Werkzeugaufnahmen aufweist.
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Um bei Werkzeugmaschinen zwischen verschiedenen Werkzeugen zur Bearbeitung eines Werkstücks vergleichsweise schnell wechseln zu können, sind aus dem Stand der Technik Werkzeughalter in der Art von Revolverscheiben bekannt, die randseitig eine Vielzahl an Werkzeugaufnahmen aufweisen. Damit kann je nach Bearbeitungsschritt mit einem Rotieren des Werkzeughalters ein anderes Werkzeug in Eingriff mit dem Werkstück gebracht werden. Nachteilig bei Werkzeughalter mit mehreren Werkzeugaufnahmen ist jedoch, dass dieser vergleichsweise massiv gefertigt bzw. steif ausgeführt werden muss, weil die je nach Werkzeug und Bearbeitungsschritt auftretenden Bearbeitungskräfte vom Werkzeughalter aufzunehmen und abzutragen sind. Der Reduktion der Steifigkeit des Werkzeughalters steht jedoch die Forderung entgegen, das Werkzeug positionsgenau am Werkstück halten bzw. gegenüber dem Werkstück führen zu können, um damit eine hohe Bearbeitungsqualität und/oder Oberflächenqualität des Werkstücks schaffen zu können. Derartige Werkzeughalter sind daher kostenintensiv zu fertigen und ermöglichen aufgrund deren Trägheit außerdem keine hohen Verschubgeschwindigkeiten.
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Weiter ist es aus der
US 2007/0101839 A1 bekannt, an einem Werkzeughalter mit einer Werkzeugaufnahme einen Reibungsdämpfer vorzusehen, um damit eine Schwingungsdämpfung am Werkzeughalter zu erreichen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine der eingangs geschilderten Art derart zu verbessern, dass trotz der mehreren Werkzeugaufnahmen auf einfache konstruktive Weise ein vergleichsweise schlanker Werkzeughalter geschaffen werden kann, der dennoch für jedes durch seine Werkzeugaufnahmen aufgenommene Werkzeug eine vergleichsweise hohe Genauigkeit in der Bearbeitung des Werkstücks gewährleisten kann.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich der Werkzeugmaschine dadurch, dass der Werkzeughalter einen Reibungsdämpfer aufweist, der am Werkzeughalter gegenüber den Werkzeugaufnahmen derart befestigt ist, dass bei einer Relativbewegung des Werkzeughalters gegenüber dem Reibungsdämpfer zwischen diesen beiden eine Gleitreibung entsteht, um die beim Bearbeiten des Werkstücks mit dem von der jeweiligen Werkzeugaufnahme aufgenommenen Werkzeug entstehenden Relativbewegungen zu dämpfen.
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Weist der Werkzeughalter einen Reibungsdämpfer auf, der am Werkzeughalter gegenüber den Werkzeugaufnahmen derart befestigt ist, dass bei einer Relativbewegung des Werkzeughalters gegenüber dem Reibungsdämpfer zwischen diesen beiden eine Gleitreibung entstehen kann, so kann bekanntermaßen damit ermöglicht werden, dass den Relativbewegungen des Werkzeughaltes entgegengewirkt wird, in dem der Reibungsdämpfer die Bewegungsenergie des Werkzeughaltes in Reibungswärme umwandelt. Erfindungsgemäß können jedoch damit zusätzlich für alle Werkzeuge in den verschiedenen Werkzeugaufnahmen eventuelle Relativbewegungen des Werkzeughaltes fern bzw. vermindert werden, weil durch die Anordnung des Reibungsdämpfers die beim Bearbeiten des Werkstücks mit dem von der jeweiligen Werkzeugaufnahme aufgenommenen Werkzeug entstehenden Relativbewegungen gedämpft werden, die beispielsweise durch eine Biegung und/oder Torsion des Werkzeughaltes entstehen können. Im Gegensatz zum Stand der Technik können daher selbst in der Steifigkeit geringe Werkzeughalter aufgrund mehrerer Werkzeugaufnahmen für vergleichsweise genaue Bearbeitungsergebnisse sorgen, was beispielsweise auch für diese Werkzeughalter zu einer hohen Oberflächengüte und/oder Bearbeitungsqualität führen kann. Erfindungsgemäß kann somit ein Reibungsdämpfer für mehrere Werkzeugaufnahmen bzw. Werkzeuge gemeinsam verwendet werden, wobei hinzu kommt, dass der Reibungsdämpfer durch die Gleitreibung auch Relativbewegungen in Form einer Schwingung dämpfen kann. Solche eine meist mit einer Eigenfrequenz des schwingenden Systems behaftete Schwingung führt insbesondere zu verschlechterten Bearbeitungsergebnissen, insbesondere an der Oberfläche des Werkstücks, was erfindungsgemäß ausgeschlossen werden kann. Außerdem kann die vor der Gleitreibung bestehende Haftreibung zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter genützt werden, die Steifigkeit des Werkzeughalters zu erhöhen, ohne den Werkzeughalter zusätzlich steifer ausführen zu müssen. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann daher auf Grundlage des Reibungsdämpfers auf eine erhöhte Steifigkeit des Werkzeughalters verzichtet werden, was nicht nur zu schnellen Bearbeitungszeiten sondern auch zu einem vergleichsweise schlanken und kostengünstigen Werkzeughalter mit mehreren Werkzeugaufnahmen führen kann. Außerdem kann der Reibungsdämpfer, wenn dieser am Werkzeughalters befestigt ist, vorteilhaft dafür genützt werden, die Eigenfrequenz des Werkzeughalters derart zu verschieben, dass die Bearbeitungskräfte nicht mehr zu einer Anregung des Schwingkreises bzw. zu einer Relativbewegung des Werkzeughalters führen können.
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Ist der Reibungsdämpfer im Bereich zwischen den randseitigen Werkzeugaufnahmen vorgesehen, dann kann der freigestellte Bereich zwischen den Werkzeugaufnahmen zum Angreifen des Reibungsdämpfers genützt werden, um so eine kreisringförmige Reibfläche ausbilden zu können. Diese kreisringförmige Reibfläche kann unter anderem für eine gleichmäßige Reibungsdämpfung am Werkzeughalter sorgen.
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Ist mit Hilfe von mittigen Befestigungsmitteln die Flächenpressung zwischen dem Reibungsdämpfer und dem Werkzeughalter einstellbar, dann kann der Reibungsdämpfer an die zu dämpfende Relativbewegung angepasst werden. So kann beispielsweise die Flächenpressung so gewählt werden, dass im Reibspalt einerseits noch eine Relativbewegung zur Schwingungsdämpfung stattfindet kann, jedoch andererseits die Dämpfung derart hoch ist, dass mit minimaler Schwingungsamplitude am Werkzeughalter zu rechnen ist.
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Ein Einstellen der Flächenpressung kann erleichtert werden, wenn die Befestigungsmittel mit mindestens einer Ausnehmung am Reibungsdämpfer und/oder wenigstens einer Feder zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter zusammenwirken.
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Es ist außerdem die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks derart zu verbessern, dass eine vergleichsweise hohe Genauigkeit in der Bearbeitung des Werkstücks mit Hilfe eines Werkzeughalters gewährleistet werden kann, der mehrere Werkzeugaufnahmen für Werkzeuge aufweist.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch, vor der Bearbeitung des Werkstücks ein Reibungsdämpfer gegenüber den Werkzeugaufnahmen des Werkzeughalters angeordnet und die Flächenpressung zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter derart eingestellt wird, dass eine Relativbewegung zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter möglich wird, um so die durch das Bearbeiten des Werkstücks entstehende Bewegungen des Werkzeughalters dämpfen zu können, bevor diese auf die vom Werkzeughalter aufgenommenen Werkzeuge wirken können.
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Wird vor der Bearbeitung des Werkstücks ein Reibungsdämpfer gegenüber den Werkzeugaufnahmen des Werkzeughalters angeordnet, dann kann mit Hilfe des Reibungsdämpfers die durch das Bearbeiten des Werkstücks entstehende Bewegung des Werkzeughalters gedämpft werden, wenn die Flächenpressung zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter derart eingestellt wird, dass eine Relativbewegung zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter möglich wird, um so die durch das Bearbeiten des Werkstücks entstehende Bewegungen des Werkzeughalters dämpfen zu können, bevor diese auf die vom Werkzeughalter aufgenommenen Werkzeuge wirken können. Derartige Bewegungen, die beispielsweise Eigenschwingungen des Werkzeughalters darstellen können, sind so von den Werkzeugen fern zu halten, in dem die Gleitreibung zwischen Werkzeughalter und Reibungsdämpfer genützt wird, die Positionsgenauigkeit des Werkzeugs am Werkstück zu verbessern. Es kann daher gegenüber dem Stand der Technik bei der Bearbeitung des Werkstücks mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit in der Bearbeitung gerechnet werden, um damit eine vergleichsweise hohe Bearbeitungsqualität und/oder Oberflächenqualität erreichen zu können. Außerdem kann zur Verbesserung der Genauigkeit in der Bearbeitung auch die Haftreibung, die vor der Relativbewegung mit der Gleitreibung zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter wirkt, verwendet werden, die Steifigkeit des Werkzeughalters und damit auch die Führungsgenauigkeit der Werkzeuge am Werkstück zu erhöhen, was die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zusätzlich auszeichnen kann.
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Um die Führungsgenauigkeit für die verschiedenen Werkzeuge abstimmen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Flächenpressung zumindest teilweise über die, zwischen dem Reibungsdämpfer und dem Werkzeughalter vorgesehene Befestigungsmittel eingestellt wird.
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Zur einfachen Einstellung der Flächenpressung kann wenigstens eine Ausnehmung am Reibungsdämpfer und/oder wenigstens eine Feder zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter vorgesehen werden.
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In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen
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1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Werkzeughalter der Werkzeugmaschine nach einer ersten Ausführungsform,
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2 ein Schnitt nach II-II des nach 1 dargestellten Werkzeughalters und
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3 eine weitere Ausführungsform in einer abgerissenen Schnittansicht.
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Die nach 2 nur teilweise dargestellte Werkzeugmaschine 1 weist einen Werkzeughalter 2 und ein Werkstück 3 auf, dass mit einem Werkzeug 4 bearbeitet werden kann. Der Werkzeughalter 2 ist auf einer Achse 5 der Werkzeugmaschine 1 befestigt und weist randseitig mehrere Werkzeugaufnahmen 6 auf, die in der Art von Revolveraufnahmen nacheinander angeordnet sind. Beispielsweise ist das Werkzeug 4 in solch eine Werkzeugaufnahme 6 eingesetzt. Außerdem ist der Werkzeughalter 2 scheibenförmig ausgebildet, wobei der Werkzeughalter 2 gegenüber dem Werkstück 3 verfahren werden kann, um so beispielsweise das Werkzeug 4 an das Werkstück 3 zur Bearbeitung heranführen zu können. Durch den Eingriff des Werkzeugs 4 am Werkstück 3 entstehen Kraftbelastungen auf den Werkzeughalter 2, die zu Eigenschwingungen des Werkzeughalters 2 und damit zu einer Beeinträchtigung des Bearbeitungsergebnisses führen können. Um dennoch für eine äußerst genaue Bearbeitung des Werkstücks 3 mit dem Werkzeug 4 sorgen zu können, ist ein Reibungsdämpfer 7 vorgesehen, der der Einfachheit halber am Werkzeughalter 2 befestigt ist. Außerdem ist der Reibungsdämpfer 7 gegenüber dem Werkzeughalter 2 derart vorgesehen, dass bei einer Relativbewegung des Werkzeughalters 2 gegenüber dem Reibungsdämpfer 7 und dem Werkzeughalter 2 zwischen diesen beiden eine Gleitreibung entstehen kann. Zu diesem Zweck weist der Reibungsdämpfer 7 mit dem Werkzeughalter 2 eine Reibungsfläche 8 auf, anhand der Schwingungen des Werkzeughalters 2 entgegengewirkt werden kann. Eine besonders genaue und gegenüber unerwünschten Relativbewegungen autarke Führung kann so hin für alle am Werkzeughalter 2 aufgenommenen Werkzeuge 4 bzw. für alle Werkzeugaufnahmen 6 auf einfache konstruktive Weise ermöglicht werden, was trotz eines schlanken Werkzeughalters 2 für eine besondere Oberflächengüte am Werkstück 3 sorgen kann.
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Der Reibungsdämpfer 7 ist zwischen den randseitigen Werkzeugaufnahmen 6 vorgesehen, und kann so für eine kreisringförmige Reibfläche 8 sorgen, die insbesondere an die Werkzeugaufnahmen 6 anschließt, um damit eine gleichmäßige Reibungsdämpfung auf den Werkzeughalter 2 aufbringen zu können. Außerdem kann so die Reibfläche 8 in Bereichen des Werkzeughalters 2 mit erhöhten Schwingungsamplituden vorgesehen werden, was für eine schnellere und verbesserte Reibungsdämpfung insbesondere im Bereich der Werkzeugaufnahmen 6 bzw. des Werkzeugs 4 sorgen kann.
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Der Reibungsdämpfer 7 ist am Werkzeughalter 2 über mittige Befestigungsmittel 9 befestigt. Die Befestigungsmittel 9 weisen Verbindungsschrauben 10 auf, mit denen der Reibungsdämpfer 7 am Werkzeughalter 2 festgehalten werden kann. Um die Flächenpressung zwischen Reibungsdämpfer 7 und Werkzeughalter 2 einstellen zu können, sind entgegen der Anzugkraft der Verbindungsschrauben 10 wirkende Anschläge 11 vorgesehen. Die Anschläge 11 werden von im Reibungsdämpfer 7 geführte Gewindestangen 12 ausgebildet, in dem sich diese am Werkzeughalter 2 abstützen und in eine Freistellung 13 zwischen Reibungsdämpfer 7 und Werkzeughalter 2 ragen.
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Zum Schutz gegenüber Verschmutzungen der Reibungsfläche 8 bzw. der Freistellung 13 sind zwischen Reibungsdämpfer 7 und Werkzeughalter 2 Dichtungen 14 vorgesehen. Außerdem ragt der Reibungsdämpfer 7 in den Werkzeughalter 2 mit stirnseitigem Spiel 15, um eine Bewegungsfreiheit des Reibungsdämpfers 7 gegenüber dem Werkzeughalter 2 zu ermöglichen.
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Eine weitere Ausführungsform wird nach 3 gezeigt. Zum Unterschied zur Ausführungsform nach 1 und 2 weist hier der Reibungsdämpfer 7 eine Ausnehmung 16 auf, die dafür sorgen kann, dass die Flächenpressung einfacher eingestellt werden kann. Die Ausnehmung 16 kann beispielsweise in Form eines umlaufenden axialen Einstichs verlaufen oder jegliche andere geometrische Modifikation am Reibungsdämpfer 7 darstellen. Zur einfacheren Einstellung der Flächenpressung kann, wenngleich alternativ zur Ausnehmung 16, auch eine Feder 17 beitragen, die zwischen der Verbindungsschraube 10 und dem Reibungsdämpfer 7 angeordnet ist. Vorstellbar ist auch eine die Gewindestangen 12 umfassende Feder vorzusehen, wobei die Gewindestange 12 keinen Anschlag 11 bildet sondern lediglich zur Führung der Feder dient, was jedoch nicht näher dargestellt ist. Diese Feder kann so in der Freistellung 13 zwischen dem Reibungsdämpfer 7 und dem Werkzeughalter 2 für eine Verspannung sorgen. Mit diesen Maßnahmen ist es beispielsweise möglich, die Einstellung der Flächenpressung entlang einer flachen Kraft-Verschiebungslinie vornehmen zu können. Die Befestigungsmittel wirken daher mit mindestens einer Ausnehmung 16 am Reibungsdämpfer 7 und/oder wenigstens einer Feder 17 zwischen Reibungsdämpfer 7 und Werkzeughalter 2 zur einfacheren Einstellung der Flächenpressung zusammen.
