DE102011112952B3

DE102011112952B3 - Reibwerkzeug sowie Einstellschraube für einen Feineinstellmechanismus insbesondere bei einem Reibwerkzeug

Info

Publication number: DE102011112952B3
Application number: DE102011112952A
Authority: DE
Inventors: Xaver Franz Spichtinger; René Schwarznau; Heinrich Georg Manner; Armin Zimmermann
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: WO2013037916A1; US9713850B2; CN103796783A; US20150030404A1

Abstract

Reibwerkzeug (2) umfassend eine Rotationsachse (6) mit einem Werkzeuggrundkörper (4) mit mehreren umfangsseitig angeordneten Schneideinsätzen (12) und mit einem dem jeweiligen Schneideinsatz (12) zugeordneten Feineinstellmechanismus, der eine Einstellschraube (24) mit einem Kegelabschnitt (32) umfasst, der auf den Schneideinsatz (12) zur Feineinstellung einwirkt, wobei der Kegelabschnitt (32) zwischen einem ersten und einem zweiten zylindrischen Führungsabschnitt (30a, 30b) angeordnet ist. Durch die beiden Führungsabschnitte (30a, 30b) ist eine hochgenaue Führung der Einstellschraube (24) gewährleistet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Reibwerkzeug umfassend eine Rotationsachse mit einem Werkzeuggrundkörper mit mehreren umfangseitig angeordneten Schneideinsätzen und mit einem dem jeweiligen Schneideinsatz zugeordneten Feineinstellmechanismus, der eine Einstellschraube mit einem Kegelabschnitt umfasst, der auf den Schneideinsatz zur Feineinstellung einwirkt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einstellschraube insbesondere für ein derartiges Reibwerkzeug.
Ein derartiges Reibwerkzeug ist beispielsweise aus der US 3,286,557 zu entnehmen. Reibwerkzeuge dienen allgemein zur hochgenauen Bearbeitung von Bohrlöchern. Bei Reibwerkzeugen mit austauschbaren Schneideinsätzen ist eine hochgenaue radiale Feineinstellung der einzelnen Schneideinsätze, also eine hochgenaue Einstellung des Nenn-Durchmessers erforderlich.
Bei der US 3,286,557 sind zur radialen Feineinstellung einer Schneidplatte zwei Einstellschrauben vorgesehen, die endseitig einen Kegelabschnitt umfasst. Der Kegelabschnitt wirkt mit der Schneidplatte zusammen. Beim Eindrehen der Einstellschraube wird durch die kegelförmige Ausgestaltung die Schneidplatte in radialer Richtung zur Feineinstellung versetzt.
Neben derartigen mit Schneideinsätzen versehenen Reibwerkzeugen sind auch Reibwerkzeuge mit eingelöteten Schneideinsätzen bekannt. Zur Verbesserung der Standzeit werden derartige Reibwerkzeuge mit einer (Hartstoff-)Beschichtung zur Erhöhung der Oberflächenhärte versehen. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass eine Veränderung der Position der Schneideinsätze durch die bei der Beschichtung auftretenden hohen Temperaturen infolge eines Erweichens des Lots auftreten kann.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Feineinstellung bei Reibwerkzeugen zu ermöglichen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Reibwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Für eine hochgenaue insbesondere radiale Feineinstellung ist vorgesehen, dass der Kegelabschnitt zwischen einem ersten und einem zweiten zylindrischen Führungsabschnitt angeordnet ist.
Der Kegelabschnitt wird daher entlang der Schraubenlängsachse hochgenau mithilfe der beiden zylindrischen Führungsabschnitte geführt. Durch diese doppelseitige Führung des Kegelabschnitts ist eine hochgenaue Feineinstellung ermöglicht, ohne dass diese beispielsweise durch ein elastisches Ausweichen des Kegelabschnitts beeinträchtigt wird. Die Führungsabschnitte weisen hierbei eine ausreichende axiale Länge auf und sind beispielsweise gleich oder auch unterschiedlich groß.
Vorzugsweise sind entsprechend zu den Führungsabschnitten im Werkzeuggrundkörper Führungsbohrungen vorgesehen, in denen die Führungsabschnitte passgenau und spielfrei gleitend geführt sind, insbesondere derart, dass sie mit dem Schneideinsatz nicht in Kontakt stehen. Lediglich der Kegelabschnitt steht unmittelbar oder mittelbar mit dem Schneideinsatz in Wirkverbindung, um diesen in radialer Richtung wunschgemäß zu versetzen. Die Führungsbohrungen sind hierbei etwa in axialer Richtung, also in Richtung der Rotationsachse stirnseitig in den Werkzeuggrundkörper eingebracht. Durch das hochgenaue Zusammenspiel der Führungsabschnitte mit den Führungsbohrungen ist die Einstellschraube insgesamt spielfrei und gleitend gelagert, so dass eine hochgenaue Feineinstellung gewährleistet ist.
Die Schneideinsätze sind dabei vorzugsweise aus Hartmetall oder als Sinterwerkstoffe ausgebildet und/oder sind mit Diamant oder CBN bestückt oder als Cermets ausgebildet. Der Werkzeuggrundkörper selbst ist beispielsweise aus einem geeigneten Werkzeugstahl ausgebildet. Die Schneideinsätze sind vorzugsweise mit einer geeigneten Beschichtung zur Erhöhung der Oberflächenhärte versehen. Bevorzugt sind nur die Schneideinsätze und nicht der Werkzeuggrundkörper beschichtet.
Bevorzugt umfasst die Einstellschraube einen Schraubenkopf, der den ersten zylindrischen Führungsabschnitt durch eine Mantelfläche bildet.
Vorzugsweise weist der Schraubenkopf hierbei den größten Durchmesser auf. Der Kegelabschnitt schließt sich insbesondere unmittelbar an den Schraubenkopf an und verjüngt sich in Richtung der Schraubenachse.
Zweckdienlicherweise weist der zweite zylindrische Führungsabschnitt, der dem Kegelabschnitt an dessem verjüngten Ende nachfolgt, einen kleineren Durchmesser als der Kegelabschnitt an seinem verjüngten Ende auf. Insbesondere ist der zweite zylindrische Führungsabschnitt gegenüber dem verjüngten Ende des Kegelabschnitts radial zurückversetzt. Alternativ weist der zweite Führungsabschnitt den gleichen Durchmesser wie der Kegelabschnitt an seinem verjüngten Ende auf.
Weiterhin ist in zweckdienlicherweise vorgesehen, dass zwischen dem unteren verjüngten Ende des Kegelabschnitts und dem zweiten Führungsabschnitt eine Ringnut angeordnet ist.
An den zweiten zylindrischen Führungsabschnitt schließt sich vorzugsweise ebenfalls unter Zwischenordnung einer Ringnut ein Gewinde, insbesondere ein Feingewinde an, welches mit einem entsprechenden Gegengewinde im Werkzeuggrundkörper zusammenwirkt.
In zweckdienlicher Ausbildung ist die Einstellschraube einstückig ausgebildet, sie ist also nicht aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt. Dies erlaubt eine hochgenaue Ausgestaltung der Einstellschraube.
Der Kegelabschnitt definiert dabei zweckdienlicherweise einen Kegelwinkel, der etwa im Bereich von 1° bis 6° liegt. Dieser geringe Kegelwinkel erlaubt insbesondere auch im Zusammenwirken mit dem Feingewinde eine sehr feine radiale Justage.
Zweckdienllcherweise ist weiterhin die Einstellschraube gegenüber der Rotationsachse unter einem Neigungswinkel geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0° bis 5° und insbesondere im Bereich von 0,5° bis etwa 1°. Die Schraubenlängsachse liegt hierbei innerhalb einer Radialebene, die aufgespannt ist durch die Rotationsachse und einer Radialen zur Rotationsachse.
Durch diese Neigung wird die Feineinstellmöglichkeit weiter verbessert. Das Feingewinde, der Kegelwinkel sowie der Neigungswinkel der Schraubenlängsachse wirken derart zusammen, um den gewünschten (radialen) Verstellweg zu ermöglichen. Der gesamte (radiale) Verstellbereich liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 0,05 und 0,1 mm. Grundsätzlich lassen sich auch andere Verstellbereiche einstellen.
Zweckdienlicherweise ist dabei vorgesehen, dass pro Umdrehung der Einstellschraube ein radialer Verstellweg von lediglich 0,005 bis 0,015 mm erreicht wird. Insgesamt lässt sich dadurch eine hochgenaue Feinjustage erzielen. Unter radialem Verstellweg wird die Verschiebung der Schneide des Schneideinsatzes in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse verstanden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Schraubenlängsachse ausgehend vom Schraubenkopf von der Rotationsachse weggeneigt, die Schraubenlängsachse entfernt sich daher mit zunehmendem Abstand von der Stirnseite des Werkzeuggrundkörpers von der Rotationsachse. Durch diese Maßnahme wird der Schraubenkopf und damit die erste zylindrische Führungsfläche quasi von dem Schneideinsatz weggekippt, so dass hierdurch auch bei einem Verstellen, also Einschrauben der Einstellschraube ein Kontakt des Schraubenkopfes mit dem Schneideinsatz zuverlässig vermieden ist. Der einzige Kontakt erfolgt über den Kegelabschnitt.
Vorzugsweise liegt der Kegelabschnitt dabei unmittelbar am Schneidansatz an. Grundsätzlich ist auch eine Ausgestaltung mit einem mittelbaren Einwirken auf den Schneideinsatz möglich, wenn dieser beispielsweise in einer Kassette angeordnet ist.
Zur Festlegung der axialen Position des Schneideinsatzes ist in zweckdienlicher Weiterbildung ein weiteres Einstellelement, insbesondere ein Passstift vorgesehen. Dieser ist in eine entsprechende radiale Bohrung im Werkzeuggrundkörper eingeführt. Alternativ zum Passstift kann auch für die axiale Einstellung eine Einstellschraube verwendet werden, insbesondere in der beschriebenen Ausgestaltung, wie sie für die radiale Feineinstellung verwendet wird. Alternativ zu dem weiteren Einstellelement ist der Plattensitz ausreichend hochgenau ausgebildet, beispielsweise mit Hilfe eines Erodierverfahrens. Hierbei wird auf das weitere Einstellelement, also einem einen zusätzlichen Axialanschlag verzichtet.
Um den Schneideinsatz zuverlässig im Werkzeuggrundkörper zu halten wird dieser in bevorzugter Ausgestaltung mit Hilfe eines Klemmkeiles in Umfangsrichtung gegen einen Plattensitz gepresst. Zweckdienlicherweise ist hierbei vorgesehen, dass der Schneideinsatz vom Klemmkeil formschlüssig gehalten ist. In Axialrichtung wird daher zwischen dem Schneideinsatz und dem Klemmkeil ein Formschluss ausgebildet. Um dies zu erreichen ist insbesondere vorgesehen, dass der Schneideinsatz zumindest zu der dem Klemmkeil zugewandten Seite abgewinkelt ausgebildet ist, so dass er den Klemmkeil, insbesondere dessen eine Keilseite hintergreift.
Beschreibung der Figuren
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Reibwerkzeugs,
2 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung im Bereich der Stirnseite des Reibwerkzeugs gemäß 1,
3 eine Seitenansicht einer Einstellschraube,
4 eine Stirnansicht auf den Werkzeuggrundkörper des Reibwerkzeugs gemäß 1 (ohne Einstellschrauben, Schneideinsätze und ohne Klemmkeile) sowie
5 einen teilweise Darstellung des Schnitts A-A gemäß 4 in zweifacher Vergrößerung
In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Reibwerkzeug 2 umfasst im Ausführungsbeispiel einen Werkzeuggrundkörper 4, der sich entlang einer Rotationsachse 6 erstreckt. An seinem rückwertigen Ende weist er eine Kupplung 8 zur reversiblen Befestigung an einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine auf. An seinem vorderen Ende weist der Werkzeuggrundkörper 4 einen Werkzeugkopf 10 auf mit einer im Ausführungsbeispiel planen Stirnfläche. Im Bereich der Stirnfläche sind umfangseitig mehrere als austauschbare Schneidplatten ausgebildete Schneideinsätze 12 in entsprechende Ausnehmungen im Werkzeuggrundkörper 4 eingesetzt. Die Schneideinsätze 12 stehen sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung über den Werkzeuggrundkörper 4 über und bilden sowohl umfangseitige als auch stirnseitige Schneiden aus. Die Schneideinsätze 12 werden hierbei mit Hilfe eines Klemmkeils 14 in Umfangsrichtung gegen einen Plattensitz 16 gepresst. In Richtung der Rotationsachse schließt sich an die Schneideinsätze 12 eine Spannut 18 an, die im Ausführungsbeispiel geradlinig zur Rotationsachse 6 verläuft.
Die genaue axiale Position des Schneideinsatzes 12, also die genau Positionierung der stirnseitigen Schneide des Schneideinsatzes 12 wird im Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Passstiftes 20 festgelegt, welcher jeweils in radialer Richtung in eine entsprechende Passbohrung 22 (Vergleiche 5) im Grundkörper eingeführt ist.
Die Feineinstellung in radialer Richtung erfolgt mittels einer speziell ausgestalteten Einstellschraube 24, die von der Stirnseite her mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs betätigt werden kann.
Die spezielle Ausgestaltung der Einstellschraube 24 geht insbesondere aus der 3 hervor. Die Einstellschraube 24 erstreckt sich danach in Richtung einer Schraubenlängsachse 26. Die Einstellschraube 24 weist an ihrem oberen Ende einen Schraubenkopf 28 mit einer zylindrischen Mantelfläche auf, welche eine erste zylindrische Führungsfläche 30a definiert. Im Bereich der zylindrischen ersten Führungsfläche 30a hat die Einstellschraube 24 ihren maximalen Durchmesser d1. Unmittelbar an der ersten zylindrischen Führungsfläche 30a schließt sich ein Kegelabschnitt 32 an. Der Kegelabschnitt 32 weist dabei einen Kegelwinkel α auf, der vorzugsweise im Bereich zwischen 1° und 6° liegt. Am oberen Ende weist der Kegelabschnitt 32 den gleichen Außendurchmesser wie die erste zylindrische Führungsfläche 30a auf. Der Kegelabschnitt 32 verjüngt sich auf den Durchmesser d2.
Im Ausführungsbeispiel schließt sich an den Kegelabschnitt 32 zunächst eine Ringnut an, bevor eine zweite zylindrische Führungsfläche 30b im weiteren Verlauf vorgesehen ist. Diese weist einen Durchmesser d3 auf, der im Ausführungsbeispiel kleiner als der Durchmesser d2 am verjüngten Ende des Kegelabschnitts 32 ist.
Nach einer weiteren Ringnut schließt sich schließlich am unteren Ende der Einstellschraube 24 ein Gewindeabschnitt 34 mit einem insbesondere als Feingewinde ausgebildeten Gewinde 36 an.
Wie insbesondere aus 5 hervorgeht ist der Werkzeuggrundkörper korrespondierend zu der Einstellschraube 24 ausgebildet und weist eine obere, erste Führungsbohrung 38a, sowie eine zweite untere Führungsbohrung 38b auf. Sie haben im Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Mittenachse. Wie zu erkennen ist, erstreckt sich die obere erste Führungsbohrung 38a über eine vergleichsweise große Länge, insbesondere über die gesamte Länge der Aufnahme im Werkzeuggrundkörper 4, in der der Schneideinsatz 12 eingesetzt wird. Damit erstreckt sich die Führungsfläche 38a über einen deutlich größeren axialen Bereich als die zylindrische Führungsfläche 30a. Innerhalb dieser oberen ersten Führungsbohrung 38a liegt demnach auch der Kegelabschnitt 32 ein, ohne dass dieser jedoch in Kontakt mit der ersten Führungsbohrung 38a gelangt.
Im Anschluss an die untere Führungsbohrung 38b ist noch ein Innengewinde (in der 5 nicht näher dargestellt) eingearbeitet. Weiterhin ist in 5 gut der in Umfangsrichtung angeordneten Plattensitz 16 zu erkennen, an den sich in Richtung der Rotationsachse ein Freistich 40 anschließt, bevor die Passbohrung 22 ausgebildet ist.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der 2 zu entnehmen ist, wird ein jeweiliger Schneideinsatz 12 mit Hilfe des Klemmeinsatzes 14 gegen den Plattensitz 16 gepresst. Der Klemmkeil 14 wird hierbei mittels einer Schraube in radialer Richtung an den Werkzeuggrundkörper 4 angezogen. Der Klemmkeil 14 weist dabei gegenüberliegende Keilflächen auf. Mit der einen Keilfläche liegt der Klemmkeil 14 an einer korrespondierenden Keilfläche des Werkzeuggrundkörpers 4 an. Beim Anziehen des Klemmkeils 14 wird damit eine in Umfangsrichtung wirkende Klemmkraft auf den Schneideinsatz 12 ausgeübt.
Um zusätzlich zu der Klemmkraft eine Sicherung des Schneideinsatzes 12 zu gewährleisten weist der Schneideinsatz 12 in seinem unteren, radial nach innen zur Rotationsachse 6 orientieren Abschnitt ebenfalls eine Keilfläche auf, ist also insoweit abgewinkelt ausgebildet. Dadurch wird ein Hintergriff zwischen der einen Keilfläche des Klemmkeils 14 und dem unteren Teilbereich des Schneideinsatzes 12 ausgebildet. Insgesamt ist dadurch der Schneideinsatz 12 mit Hilfe des Klemmkeils 14 in radialer Richtung formschlüssig gehalten. Dadurch ist der Schneideinsatz 12 auch im Belastungsfalle an der gewünschten Position zuverlässig gehalten.
Zur radialen Feineinstellung wird die Einstellschraube verstellt. Dabei gleitet der Kegelabschnitt 32 an der rückseitigen Stirnseite des Schneideinsatzes 12 entlang und verschiebt diesen dabei in radialer Richtung in die gewünschte Sollposition. In dieser Position wird er durch den Klemmkeil 14 gegen Herausfallen gesichert. Durch die gewählte Ausgestaltung mit dem abgewinkelten Schneideinsatz wird über die abgewinkelte Fläche gleichzeitig über den Klemmkeil 14 eine in radialer Richtung wirkende Kraft auf den Schneideinsatz 12 ausgeübt, so dass dieser gegen den Kegelabschnitt 32 gepresst wird, so dass eine hochgenaue Anlage ohne Spiel gewährleistet ist.
Wie ergänzend aus 5 noch zu entnehmen ist, ist eine Bohrungsachse 42 der in den Werkzeuggrundkörper 4 eingebrachten Bohrung für die Einstellschraube 24 bezüglich der Rotationsachse 6 unter einem Neigungswinkel β geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel β liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen 0° und 5° und insbesondere im Bereich zwischen 0,5° und 1°. Wie aus 5 zu entnehmen ist, ist die Bohrungsachse 42 derart orientiert, dass ihr Abstand zur Rotationsachse 6 ausgehend von der Stirnseite des Werkzeuggrundkörpers 4 zunimmt.
Die Neigung der Bohrungsachse 42, der Kegelwinkel α sowie das Feingewinde sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass bei einer Umdrehung der Einstellschraube 24 (um 360°) ein radialer Verstellweg bewirkt wird, der lediglich im Bereich von 0,005 bis 0,015 mm liegt. Insgesamt ist dadurch eine hochgenaue und sehr feine Einstellmöglichkeit für den Schneideinsatz 12 ermöglicht.

Claims

Reibwerkzeug (2) umfassend eine Rotationsachse (6) mit einem Werkzeuggrundkörper (4) mit mehreren umfangsseitig angeordneten Schneideinsätzen (12) und mit einem dem jeweiligen Schneideinsatz (12) zugeordneten Feineinstellmechanismus, der eine Einstellschraube (24) mit einem Kegelabschnitt (32) umfasst, der auf den Schneideinsatz (12) zur Feineinstellung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelabschnitt (32) zwischen einem ersten und einem zweiten zylindrischen Führungsabschnitt (30a, b) angeordnet ist.
Reibwerkzeug (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (24) einen Schraubenkopf (28) aufweist, der den ersten zylindrischen Führungsabschnitt (30a) bildet.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite zylindrische Führungsabschnitt (30b) einen kleineren Durchmesser (d3) als der Kegelabschnitt (32) aufweist.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den zweiten Führungsabschnitt (30b) ein Gewinde (36) anschließt.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (24) einstückig ausgebildet ist.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelabschnitt (32) einen Kegelwinkel (α) definiert, der etwa im Bereich von 1° bis 6° liegt.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (24) eine Schraubenlängsachse (26) aufweist, die innerhalb einer Radialebene liegt und gegenüber der Rotationsachse (6) um einen Neigungswinkel (β) geneigt angeordnet ist, der insbesondere im Bereich von 0,5 bis 5° liegt.
Reibwerkzeug (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenlängsachse (26) ausgehend vom Schraubenkopf (28) von der Rotationsachse (6) weggeneigt ist.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Umdrehung der Einstellschraube (24) ein Verstellweg im Bereich von 0,005 bis 0,015 mm erzielt wird.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelabschnitt (32) unmittelbar am Schneideinsatz (12) anliegt.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung einer axialen Position des Schneideinsatzes (12) ein weiteres Einstellelement, insbesondere ein Passstift (20) vorgesehen ist.
Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (12) mit Hilfe eines Klemmelementes, insbesondere eines Klemmkeiles (14) in Umfangsrichtung gegen einen Plattensitz (16) gepresst ist.
Reibwerkzeug (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (12) vom Klemmkeil (14) formschlüssig gehalten ist.
Einstellschraube (24) für einen Feineinstellmechanismus insbesondere für ein Reibwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend einen Kegelabschnitt (32), der zwischen einem ersten und einem zweiten zylindrischen Führungsabschnitt (30a, 30b) angeordnet ist.