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Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für ein Rotations-Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen, insbesondere einen Kurzklemmhalter mit radial feinverstellbaren Standardschneidplatten mit einem Halter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 35 30 696 A1 ist ein Rotations-Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen bekannt, bei dem unter Vorspannung mit Hilfe einer Parallel-Biegefeder eine Auslenkung der dort auf den federnden Halter geschraubten Schneidplatte möglich ist. Der Halter selbst ist durch Schweißen o. ä. mit einer kassettenartigen Basis des Halters, der Feder und seiner Verstelleinrichtung verbunden, so dass eine voreingestellte Kassette komplett in eine Bohrstange eingebaut werden kann. Die Schneidplatte kann auch im eingebauten Zustand der Kassette verstellt werden. Probleme bereitet es mit derartigen Systemen, kleine Bohrungen zu erzeugen, da die Kassette an sich schon Abmessungen hat, die nicht für kleine Bohrungen geeignet sind. Des weiteren ist durch die Verstellschraube zunächst ein Keilkörper zu bewegen, der seinerseits dann den Halter verstellt. Durch diese Anordnung ergibt sich zwangläufig ein zusätzliches Spiel. Der stick-slip-Effekt, ist zwar auf ein Minimum reduziert, jedoch lassen sich so allenfalls Radialverstellungen im Bereich von 10 µm oder größer erreichen.
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Bekannt ist aus der
EP 0 968 783 B1 ein Kurzklemmhalter mit radialer Verstellung, der einen Halter enthält, der in seinem vorderen Teil wenigstens eine Aufnahme für eine Schneidplatte und im Bereich zwischen seinen Enden ein Loch zum Durchtritt einer Befestigungsschraube aufweist, mit der er auf einem Träger, insbesondere einer Bohrstange festlegbar ist. Der Halter ist an seinem die Schneidplatte tragenden Teil mittels einer Verstellvorrichtung mit einer Stellschraube relativ zu einer Abstützung elastisch auslenkbar. Die am gewindelosen Umfangsteil der Stellschraube befindliche Druckzone bildet gemeinsam mit einer komplementären Zone am Halter ein Keilflächenpaar. Die Verstellvorrichtung mit der über einen Gewindezapfen mit dem Basisteil verbundene Stellschraube weist eine Skalierung auf. Der Halter ist mit einer Durchbrechung versehen und bildet eine Parallel-Biegefeder-Anordnung, so dass die Schneidplatte während ihrer Verstellung im wesentlichen eine Parallelverschiebung in Bezug auf die Schneidkante erfährt.
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Sowohl die Anordnungen nach
DE 35 30 696 A1 als auch
EP 0 968 783 B1 sind zuverlässig und für eine Serienfertigung geeignet, erfüllen aber nicht die gestiegenen Anforderungen an die Ablesbarkeit und Genauigkeit der Verstellungen. So sind sie nicht in der Lage, sicher eine Zustellung von 1 μm im Radius zu verwirklichen.
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Diese hohen Anforderungen an die Ablesbarkeit und Genauigkeit der Verstellungen werden bisher nur durch Feinverstellsysteme mit Messung und Anzeige der relativen Verstellwege erreicht. Diese Systeme zur Bohrungsbearbeitung basieren, wie die
DE 35 30 696 A1 und
EP 0 968 783 B1 , auf dem Prinzip, mittels einer Stellschraube Druck auf eine unter Vorspannung stehende Parallel-Biegefeder auszuüben und damit eine Auslenkung der dort auf den federnden Halter geschraubten Schneidplatte zu erreichen.
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Nach dem aus www.rigibore.com/smartbore.htm bekannten Feinverstellsystem „Rigibore Smartbore“ erfolgt die Zustellung über die Stellschraube mit einem digitalen Verstellschlüssel, der einen Akku aufweist. An einer Digitalanzeige am Verstellschlüssel oder über eine Funkverbindung an einem externen Anzeigegerät kann der relative Verstellweg abgelesen werden.
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Das aus www.rigibore.com/active-edge.htm bekannte Feinverstellsystem „Rigibore Active Edge“ realisiert durch Funkübertragung eine berührungslose Feinverstellung auch mehrerer Schneiden unabhängig voneinander mit einer Zustellgenauigkeit von 1 μm im Durchmesser. Bei Verbindung mit einer Messstation oder einem Messtaster kann die Feinverstellung automatisch erfolgen. Bei berührungsloser Messung der aktuellen Schneideneinstellung und Datentransfer zu einer Mess- und Regelstation erfolgt über ein Interface eine Funkübertragung zur erforderlichen Feinverstellung der Stellschraube mittels steuerbarem elektro-magnetischem Antrieb, der direkt am Werkzeug angeordnet ist.
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Beide Systeme sind hochgenau, flexibel einsetzbar, ermöglichen eine automatische Feinverstellung und erfordern trotz Einsatz von Elektronik keine Modifikation und Verkabelung der Maschine. Diese elektronischen Verstellsysteme können aber wegen rauher Bedingungen und damit möglichen Störungen, z. B. durch Metallstaub, leitende Flüssigkeiten oder elektromagnetische Störfelder und damit geringerer Zuverlässigkeit gegenüber rein mechanischen Systemen nicht überall eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Verstellvorrichtung für ein Rotations-Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen, insbesondere einen Kurzklemmhalter mit radial feinverstallbaren Standardschneidplatten, mit einem als Biegefeder ausgebildetem Halter und einer Stellschraube mit einem Konus zur radialen Verstellung zu einer Achse, einem Gewindezapfen zur Verbindung mit dem Basisteil und einer Skalierung so zu verändern, dass mit einer einfachen, auch für geringe Bohrloch-Durchmesser geeigneten, rein mechanischen Lösung die Ablesbarkeit, Zuverlässigkeit und Genauigkeit erhöht wird.
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Diese Aufgabe löst eine Verstellvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 enthalten.
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Die Verstellvorrichtung für ein Rotations-Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen, insbesondere einen Kurzklemmhalter mit radial feinverstallbaren Standardschneidplatten enthält einen Halter, der wenigstens eine Aufnahme für eine Schneidplatte und ein Loch zum Durchtritt einer Befestigungsschraube zur Festlegung auf einem Träger aufweist. Der Halter ist an seinem die Schneidplatte tragenden Teil mittels einer als Stellschraube ausgeführten, mit an einem gewindelosen Umfangsteil eine Druckzone gemeinsam mit einer komplementären Zone am Halter ein Keilflächenpaar bildenden, über einen Gewindezapfen mit dem Basisteil verbundenen und einer Skala versehenen Verstellvorrichtung relativ zu einer Abstützung elastisch auslenkbar. Er ist mit einer Durchbrechung versehen und bildet eine Biegefeder-Anordnung, so dass die Schneidplatte während ihrer Verstellung im wesentlichen eine radiale Verschiebung in Bezug auf die Schneidkante erfährt.
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Für die zur Biegefeder-Ausbildung vorgesehene Durchbrechung bestehen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten, so z. B. bei einer Parallel-Biegefeder Z-, rechteck- oder U-förmig. Zweckmäßig sind solche mit Ausnehmung in den Eckbereichen, die Kerbspannungen verhindern. Bei einer sehr günstigen Ausführungsform hat die Durchbrechung im wesentlichen die Form eines U mit zentraler Befestigungszunge.
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Erfindungsgemäß enthält die am Kopf der Stellschraube angebrachte ring- oder tellerförmige Skala 25 bis 60 Teilstriche und am Basiskörper ist eine Orientierungsmarke für die Skalierung. Die Keilfläche an der Stellschraube weist einen Winkel α/2 von 4,5 bis 24°, vorzugsweise 5,17° auf. Die Steigung des Gewindezapfens der Stellschraube beträgt 0,1 bis 0,3 mm, vorzugsweise 0,25 mm. Der radiale Verstellbereich liegt bei 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,25 mm.
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Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung ist klein, einfach ausgebildet, leicht verstell- und ablesbar, durch die Verwendung von ausschließlich mechanischen Elementen sehr zuverlässig und erreicht eine hohe Genauigkeit von 1 μm im Radius bei der Zustellung. Der sog. Einstellwinkel erfährt keine unzulässige Änderung. Mit dieser Verstellvorrichtung ist sichergestellt, dass Plattenverschleiß, Plattentoleranzen sowie Spannfehler mit Sicherheit ausgeglichen werden und hochgenaue Bearbeitungsprozesse sicher durchgeführt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1: einen standardisierten Kurzklemmhalter mit Verstellvorrichtung in schematischer Darstellung;
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2: eine vergrößerte Draufsicht mit Teilschnitt in geringfügig modifizierter Ausführung analog 1;
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3: einen Schnitt III-III gemäß 2 durch eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung;
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4a–4c: Darstellungen einer einstückigen Stellschraube;
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5a–5c: Darstellungen einer Verstellvorrichtung mit geteilter Stellschraube
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Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung kann bei verschiedenen Rotations-Werkzeugen zur spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen eingesetzt werden, die radial feinverstallbare Standardschneidplatten enthalten. Voraussetzung ist, dass diese einen Plattenhalter aufweisen, der eine mittels Stellschraube verstellbare Biegefeder-Anordnung und die Stellschraube einen Konus enthält. Als Ausführungsbeispiel wurde eine Anordnung eines Kurzklemmhalters mit radialer Verstellung nach
EP 0 968 783 B1 ausgewählt.
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Die 1 zeigt einen Kurzklemmhalter mit Maschinenschaft 1 und Werkzeugschaft 2 mit Halter 5, auf dem eine Schneidplatte 3 durch eine Befestigungsschraube 4 festgesetzt ist. Der Halter 5 ist zusammen mit einer Abdeckung 7 mittels Befestigungsschraube 6 im Werkzeugschaft 2 fixiert und stützt sich gegen eine Kante 9 des Werkzeugschaftes 2 ab. Die Stellschraube 8 ermöglicht eine Auslenkung der Schneidplatte 3, um einen geringfügig anderen Radius einer zu erzeugenden Bohrung einzustellen. Die Zustellung kann nach den Teilstrichen auf der Skala 21 gegenüber der mindestens einen Orientierungsmarke 22 vorgenommen werden. Die Skala 21 kann auf der Stellschraube 8 oder dem Basiskörper 12 und die mindestens eine Orientierungsmarke 22 entsprechend auf dem Basiskörper 12 oder der Stellschraube 8 angebracht werden. Um eine hohe Genauigkeit der Zustellung zu erreichen, sollte die Skala 21 mindestens 25, in besonderen Fällen bis 60 Teilstriche aufweisen.
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Die 2 zeigt den Werkzeugschaft 2 analog 1 mit dessen Achse A, die gleichzeitig die Rotationsachse ist, wobei das Werkzeug mittels der Schneidplatte 3 eine Bohrung 10 erzeugt, die im Durchmesser durch Auslenkung der Schneidplatte 3 in Richtung R variierbar ist. Die Auslenkung der Schneidplatte 3 in Richtung R geschieht durch die Stellschraube 8 (3), welche am konischen Abschnitt 23 des gewindelosen Teils 15 in Kontakt mit einer komplementären Druckzone 18 des Halters 5 ist. Zur Erreichung einer hohen Genauigkeit des Verstellvorganges beträgt der Keilwinkel α/2 am gewindelosen konischen Abschnitt 23 der Stellschraube 8 4,5° bis 24°, vorzugsweise 5,17°. Durch Verstellung der Stellschraube 8 mit der konischen Druckzone des gewindelosen Teils 15 (3) in Richtung Z des Gewindeloches 13 im Basiskörper 12 des Werkzeugschaftes 2 und entsprechendes Verschieben des Gewindezapfens 14 der Stellschraube 8 im Gewindeloch 13 wandert die Druckzone des gewindelosen Teils 15 in Richtung Z und drückt so auf die Druckzone 18 des Halters 5 mit der Folge einer radialen Verstellung der Schneidplatte 3. Dabei stützt sich die Druckzone 18 mit ihrer dem Halter 5 gegenüber liegenden Schulter 19 an dem Basiskörper 12 des Werkzeugschaftes 2 ab. Der Halter 5 besteht im wesentlichen aus einem Teil, auf dem die Schneidplatte 3 befestigt ist und zwei Schenkeln 11, begrenzt von einer U-förmigen Fuge 20, die an drei Seiten der mittigen Zunge 17, die Entspannungsbohrungen 16 miteinander verbindet und so eine Parallel-Biegefeder bildet. Die Zunge 17 ist mittels Befestigungsschraube 6 in dem Basisteil 12 des Werkzeugschaftes 2 fixiert, wobei die Schneidplatte 3 aufgrund der Fugenanordnung einer Parallelbewegung in Richtung R ausführen kann, soweit die Verstellung der Stellschraube 8 dies ermöglicht. Gegenüber Werkzeugschaft 2 ist der Halter 5 in Axialrichtung verstellbar, um so die Schneidplatten 3 in eine bestimmte Position relativ zum Werkzeugschaft 2 positionieren zu können. Dies ist sinnvoll, wenn beispielsweise auf der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugschaftes 2 eine weitere Schneidplatte 3 in anderem Axialabstand von dem Kopf des Werkzeugschaftes 2 angeordnet wird, um so eine zweistufige Bohrung zu erzeugen. Damit eine gewisse Axialeinstellung durch die Stellschraube 8 möglich ist, sitzt die Befestigungsschraube 6 in einem Langloch in der Zunge 17. Die Parallel-Biegefeder oder der Halter 5 ist durch eine Abdeckung 7 abgedeckt, damit die Fuge 20 nicht durch Späne und Fremdkörper zugesetzt werden kann.
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In den 4a bis 4c ist eine einstückige Stellschraube 8 mit einem gewindelosen Teil aus einem zylindrischen Teil 15 und einem konischen Abschnitt 23 mit einem Keilwinkel α/2 sowie einem Gewindezapfen 14 dargestellt. Am Kopf der Stellschraube 8 ist eine Skala 21 angebracht.
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Vorzugsweise bei größeren Verstellwegen ist eine geteilte Stellschraube mit Halterung der Skala an ihrem Kopf zweckmäßig. Es sind verschiedene Ausführungen möglich. Die Skala 21 ist ring- oder tellerförmig und als separates Teil von der Stellschraube 8 getrennt, aber formschlüssig mit dieser verbunden. Somit ist nur in einer Richtung (axiale) ein Freiheitsgrad zugelassen, sodass eine Drehbewegung der Skala 21 auf die Stellschraube 8 direkt 1:1 übertragen wird. Ein Ausführungsbeispiel einer geteilten Stellschraube 8 ist in den 5a–5c dargestellt. Die 5a zeigt einen Kurzklemmhalter, der einen Maschinenschaft 1 und einen Werkzeugschaft 2 mit einer radial feinverstallbaren Schneidplatte 3 sowie einen Skalenteller 24 enthält. Im Schnitt A-A nach 5b ist die geteilte Stellschraube 8 mit dem Skalenteller 24 auf der Verstellvorrichtung für den Kurzklemmhalter dargestellt, die in der Einzelheit B nach 5c näher ausgeführt ist. Die geteilte Stellschraube 8 nach 5c weist zentrale Längsbohrungen 25, 26 auf, vom Kopf ausgehend mit größerem und vom Ende aus mit geringerem Durchmesser, wobei die Bohrung 26 mit dem geringeren Durchmesser tiefer ist als die Bohrung 25 mit dem größeren Durchmesser. In die Bohrung 26 mit geringerem Durchmesser wird von der Seite der Bohrung 25 mit größerem Durchmesser ein Innensechskant eingearbeitet, sodass im Mittelbereich eine mit Stellschraube 8 starr verbundene Aufnahme 27 für einen mit dem Skalenteller 24 fest verbundenen Sechskantschaft 28 entsteht. Zur Halterung des Skalentellers 24 dient eine durch die Bohrung 26 mit dem geringeren Durchmesser geführte und mit einem Deckel 29 abgedeckte Schraube. Die Übertragung einer Verstellung des Skalentellers 24 erfolgt durch formschlüssige Mitnahme über den Sechskantschaft 28 auf die Aufnahme 27 mit Innensechskant und damit auf den konischen Abschnitt 23 der Stellschraube 8.
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Das Gewinde der Stellschraube 8 selbst und / oder das Komplementärgewinde im Gewindeloch 13 im Basiskörper 12 sind weitestgehend spielfrei eingestellt oder durch besondere Maßnahmen wie HELICOIL-Einsätze, Schlitzen der Gewindebüchse oder Beschichten, Behandeln der Gewindeflanken, die Gewindepaarung spielfrei gemacht. Die Steigung des Gewindes beträgt 0,1mm bis 0,25 mm, vorzugsweise 0,25 mm. Um die hohe Genauigkeit der Zustellungen zu erreichen, müssen der gewindelose Teil 15, das kegelförmige Teil 23 und der Gewindezapfen 14 der Stellschraube 8 eine Konzentrizität von kleiner 0,003 mm aufweisen.
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Mit besonderem Vorteil wird der Halter 5 bereits im nicht ausgelenkten Zustand schon unter Vorspannung gehalten, so dass von vornherein eine Spielfreiheit gewährleistet ist. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass der eine Feder bildende Halter 5 fest mit dem Basiskörper 12 des Werkzeugschaftes 2 verschraubt wird und dabei unmittelbar an der Stellschraube 8 anliegt.
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Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform weist die Stellschraube 8 mit dem Halter 5 eine solche Keilflächenpaarung 15, 18 auf, dass keine Selbsthemmung eintreten kann. Dadurch können beim Drehen der Stellschraube 8 in Löserichtung infolge der hohen Vorspannung die Keilflächen gleiten, d.h. der Halter 5 bleibt stets in Anlage an der Stellschraube 8. Die Stellschraube 8 sitzt auf jeden Fall etwa vertikal zur Rotationsachse und etwa vertikal zur Schneidplattenebene und ist möglichst nahe hinter der Schneidkante angeordnet, um die Verstellkraft ohne große Momente direkt am Halter 5 in Höhe der Schneidplatte 3 ausüben zu können.
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Die Keilflächenpaarung zwischen Halter 5 und Stellschraube 8 kann beispielsweise durch einen balligen oder konischen Abschnitt 23 der Stellschraube 8, gepaart mit einem vertikalen Abschnitt des Halters 5 aber auch umgekehrt oder durch Mischformen erzeugt werden. Wichtig ist der direkte Kontakt der Elemente und deren Wirkrichtung zueinander.
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Mit einer derartigen Verstellvorrichtung ist es möglich, die Schneidplatte radial feiner als 1 µm auszulenken und entsprechend genaue Bohrungen zu erzeugen. Die Wiederholgenauigkeit ist so exakt, dass die Bewegung der Stellschraube 8 an der daran angeordneten ringförmigen Skala 21 relativ zur Orientierungsmarke 22 am Basiskörper 2 einer entsprechenden Radialverstellung der Schneidplatte 3 zugeordnet werden kann. Ein Bogenmaß von 1mm an der Stellschraube 8 entspricht z.B. 1/1000 mm an der Schneide. Diese Wiederholgenauigkeit ist Voraussetzung, um mit preiswerten Werkzeugen, wie einem Standard-Kurzklemmhalter, die von DIN/ISO 9000 ff geforderten Qualitätsbedingungen einzuhalten.
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Damit ist einer Forderung des Marktes Rechnung getragen, preiswerte Werkzeuge für eine Serienfertigung bei hoher Funktionsgenauigkeit und Produktionssicherheit bereitzustellen. Mit der Erfindung kann eine DIN-Standard Kurzklemmhalter so modifiziert werden, dass mit diesem Werkzeug eine definierte Feinverstellung der Schneidplatte möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschinenschaft
- 2
- Werkzeugschaft
- 3
- Schneidplatte
- 4, 6
- Befestigungsschraube
- 5
- Halter
- 7
- Abdeckung von 5
- 8
- Stellschraube
- 9
- Kante von 2
- 10
- Bohrung
- 11
- Schenkel von 5
- 12
- Basiskörper von 2
- 13
- Gewindeloch
- 14
- Gewindezapfen
- 15
- gewindeloser Teil von 8
- 16
- Entspannungsbohrung
- 17
- mittige Zunge
- 18
- Druckzone von 5
- 19
- Schulter von 15
- 20
- U-förmige Fuge
- 21
- Skala
- 22
- Orientierungsmarke für 21
- 23
- konischer Abschnitt von 15
- 24
- Skalenteller
- 25
- Bohrung mit größerem Durchmesser
- 26
- Bohrung mit geringerem Durchmesser
- 27
- Aufnahme mit Innensechskant
- 28
- Sechskantschaft
- 29
- Deckel
- Z, R
- Richtung
- α/2
- Keilwinkel
