DE102012223183B4

DE102012223183B4 - Zerspanungswerkzeug, insbesondere Reibwerkzeug

Info

Publication number: DE102012223183B4
Application number: DE102012223183.8A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kunschir
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2032-12-15
Also published as: CN103862110A; US20140169896A1; IL229547A0; CN103862110B; US9352405B2; DE102012223183A1; IL229547B

Abstract

Das Reibwerkzeug (2) umfasst einen Schneidteil (8) mit einer umfangsseitig angeordneten Reibschneide (10) die bei Rotation um eine Mittenachse (4) des Reibwerkzeugs (2) einen Flugkreis (16) mit einem Nenndurchmesser (D1) definiert. Das Reibwerkzeug (2) umfasst weiterhin zumindest zwei umfangsseitig angeordnete Führungselemente (12A, 12B), die auf einem Führungskreis (18) liegen, der exzentrisch zur Mittenachse (4) angeordnet ist oder einen größeren Durchmesser (D2) als der Flugkreis (16) aufweist. Durch diese Maßnahme wird insbesondere auch bei weichen Werkstoffen eine hohe Oberflächengüte erzielt, da das Reibwerkzeug in Richtung zur Reibschneide (10) gespannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere ein Rundlaufwerkzeug und bevorzugt ein Reibwerkzeug, mit einer Mittenachse und mit einem Schneidteil mit einer umfangsseitig angeordneten Schneide, die bei Rotation um die Mittenachse einen Flugkreis mit einem Nenndurchmesser definiert sowie mit zwei umfangsseitig angeordneten Führungselementen.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Zerspanungswerkzeug ist als Einmesser-Reibahle beispielsweise aus der DD 230810 A1 sowie aus der DE 39 39 339 A1 zu entnehmen.
Derartige Reibahlen werden zur Feinbearbeitung von Bohrlöchern eingesetzt. Hierbei kommt es auf eine hochgenaue Rundheit und Geradheit sowie auf eine hohe Oberflächengüte der Innenwandung der Bohrung an. Bei mehreren gleichzeitig bearbeiteten Bohrlöchern kommt es zudem noch auf eine genaue Koaxialität mehrerer Bohrlöchern an. Ein Anwendungsbeispiel sind die Innenoberflächen von Lagerbauteilen, beispielsweise in Motoren.
Um möglichst gute Bohrergebnisse (Rundheit, Geradheit etc.) zu erhalten, sind bei derartigen Reibwerkzeugen, die oftmals lediglich eine einzige Reibschneide aufweisen, umfangsseitig an einem Werkzeuggrundkörper Führungselemente, üblicherweise in Form von Leisten angebracht. Die radial äußersten Punkte der Führungselemente liegen auf einem gleichen radialen Abstand zur Mittenachse und definieren bei einer gedachten Rotation um die Mittenachse einen Führungskreis. Entsprechend definiert die Schneide bei einer Rotation um die Mittenachse einen Flugkreis. Der Durchmesser des Führungskreises ist dabei regelmäßig kleiner als der Durchmesser des Flugkreises.
Beim Bearbeitungsvorgang wird das Werkzeug aufgrund der auftretenden Zerspanungskräfte abgedrängt, bis die Führungselemente an der Bohrungsinnenwand zum Anliegen kommen. Aufgrund dieser Abdrängung läuft beim Bearbeitungsvorgang die Mittenachse des Werkzeugs selbst wiederum auf einem Kreis, der konzentrisch zu der gewünschten Bohrloch-Achse verlaufen sollte.
Um die erforderliche Anlage der Führungselemente an der Bohrungsinnenwand zu gewährleisten, muss die beim Schneidvorgang auftretende Abdrängkraft ausreichend groß sein, um die elastische Rückstellkraft des Werkzeugs zu überwinden. Insbesondere bei Werkzeugen mit größeren Durchmessern mit einer dadurch hohen Eigensteifigkeit tritt jedoch bei der Bearbeitung von weichen Leichtbauwerkstoffen, wie beispielsweise Aluminium- oder Magnesiumlegierungen das Problem auf, dass keine ausreichende Abdrängkraft beim Schneidvorgang erzeugt wird. Dies führt unter Umständen zu einer mangelhaften und undefinierten Führung des Werkzeugs, so dass die gewünschte Formgenauigkeit, insbesondere eine gewünschte Rundheit nicht innerhalb von vorgegebenen Toleranzen eingehalten werden kann.
Ein weiteres Problem besteht bei der Bearbeitung von Durchgangslöchern. Am Ende des Bohrloches nimmt die Abdrängungskraft sprunghaft ab, wodurch das gesamte Werkzeug in das Bohrlochzentrum zurückspringt. Hierdurch können Beschädigungen der gefertigten Bohrlochoberfläche erfolgen. Auch besteht dieses Problem beim Zurückziehen aus dem gefertigten Bohrloch, da das Werkzeug zurückfedert und in die bereits bearbeitete Oberfläche eindringt und diese beschädigt.
Aus der DE 542 338 A ist eine Reibahle mit mehreren um den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Messern zu entnehmen. Bei solchen Reibahlen bestehen aufgrund der Verteilung der Schneiden naturgemäß keine Abdrängungsprobleme.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere Reibwerkzeug anzugeben, mit dem insbesondere auch bei geringen Abdrängkräften eine hohe Formgenauigkeit gewährleistet ist.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere ein Rundlaufwerkzeug und bevorzugt ein Reibwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das Zerspanungswerkzeug erstreckt sich entlang einer Mittenachse und weist einen Schneidteil mit einer umfangsseitig angeordneten Schneide auf, die auch als Reib-, Schlicht- oder Finishing-Schneide bezeichnet wird und die bei einer gedachten oder tatsächlichen Rotation um die Mittenachse einen Flugkreis mit einem Nenndurchmesser definiert. Das Zerspanungswerkzeug weist weiterhin im Bereich des Schneidteiles zumindest ein, üblicherweise zwei oder mehr umfangsseitig angeordnete und insbesondere nach Art von Führungsleisten ausgebildete Führungselemente auf, die sich üblicherweise in Richtung der Mittenachse erstrecken. Die Führungsleisten sind dabei vorzugsweise eingelötet oder eingeklebt und bestehen typischerweise aus Hartmetall, Cermet oder PKD (Polykristaliner Diamant). Der Grundwerkstoff des Schneidteiles, insbesondere der Werkstoff eines Trägers, besteht üblicherweise aus einem Werkstoff mit im Vergleich zu dem Material der Führungsleisten geringerer Härte, beispielsweise Werkzeugstahl. Die Schneiden bestehen ebenfalls aus üblichen harten Schneidwerkstoffen. Zur Gewährleistung einer hohen Rundheitsgenauigkeit liegen die Führungselemente in einem Querschnitt senkrecht zur Mittenachse betrachtet auf einem Führungskreis, der exzentrisch zur Mittenachse angeordnet ist und/oder einen größeren Durchmesser als der Flugkreis aufweist.
Diese beiden Ausgestaltungsvarianten, die wahlweise oder auch in Kombination verwirklicht sein können, beruhen auf der grundlegenden Idee, eine Art Vorspannung bzw. Anpressdruck von vorneherein in Richtung zur Schneide auszuüben, sodass beim Schneid- oder Reibvorgang eine Abdrängung hin zu den Führungselementen nicht oder nur in geringem Umfang erforderlich ist.
Die Schneide weist eine Schneidkante auf, die üblicherweise axial vorlaufend zu den Führungselementen angeordnet ist. Diese sogenannte Schneidenvoreilung liegt typischerweise im Bereich von 0,3–0,4 mm. Bei Beginn der Werkstückbearbeitung, also insbesondere der Bohrlochbearbeitung, greift daher zunächst lediglich die Schneide mit der Schneidkante in die Bohrungswand ein. Bei weiterer Zustellung in Axialrichtung kommen dann durch die getroffenen Maßnahmen die Führungselemente zwingend in Kontakt mit der Bohrungswand und drängen das Werkzeug in Richtung zur Schneide ab. Dadurch wird selbst bei weichen Werkstoffen zuverlässig gewährleistet, dass die Führungsleisten auch tatsächlich an der Bohrungsinnenwand anliegen.
Unter Rundlaufwerkzeug wird hier allgemein ein Werkzeug verstanden, welches bei seinem Einsatz um seine Mittenachse rotiert. Hierzu weist das Rundlaufwerkzeug einen Spannschaft auf, mit dem es in eine entsprechende Bearbeitungsmaschine eingespannt wird. Das hier beschriebene Konzept lässt sich jedoch auch auf feststehende, beim Zerspanungsvorgang nicht rotierende Zerspanungswerkzeuge übertragen. In diesem Fall rotiert das Werkstück und das Zerspanungswerkzeug greift in das Werkstück ein.
Aufgrund der hier gewählten speziellen Geometrie sind an sich bekannte Adapter, über die ein radialer Versatz zwischen einer Antriebsspindel der Bearbeitungsmaschine und der Mittenachse des Zerspanungswerkzeuges eingestellt werden kann, vorzugsweise nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen bzw. der Adapter wird auf die Grundeinstellung justiert, sodass Spindelachse und Mittenachse zusammenfallen.
Das erste Führungselement in Rotationsrichtung nachlaufend zur Schneide ist üblicherweise zur Schneide lediglich um einen geringen Winkelabstand von beispielsweise 10–20° beabstandet. Das zweite Führungselement ist demgegenüber in etwa gegenüberliegend zur Schneide angeordnet. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Führungselemente vorgesehen sein. Die Führungselemente selbst sind beispielsweise gerundet oder ballig oder auch mit einer Fase ausgebildet.
Um die angestrebte hochgenaue Formgebung, insbesondere die Rundheit zu erreichen, sind üblicherweise an den Rundlaufwerkzeugen sogenannte Rundlaufreferenzen ausgebildet. Diese stellen definierte Prüf- oder Messpositionen dar, an denen beispielsweise durch Messgeräte der Rundlauf des Zerspanungswerkzeuges überprüft wird und anhand derer beispielsweise auch eine evtl. Feinjustierung der (radialen) Position des Werkzeuges innerhalb einer Werkzeugmaschine vorgenommen wird. Dies kann beispielsweise mit einem entsprechend ausgebildeten Adapter erfolgen. Über diese Rundlaufreferenzen ist vorzugsweise die Mittenachse definiert, d. h. die Mittenachse verläuft durch das jeweilige Zentrum der jeweiligen Rundlaufreferenz. Diese entspricht im Regelfall auch der Spindelachse der Werkzeugmaschine und der Rotationsachse, um die das Werkzeug im unbelasteten Fall, also bei fehlendem Eingriff in das Werkstück rotiert.
Das hier beschriebene Konzept mit der exzentrischen Anordnung der Führungselemente ist daher allgemein dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente exzentrisch zu der Mittenachse der Rundlaufreferenzen angeordnet sind.
Im Regelfall bedeutet dies, dass – im unbelasteten Zustand – das Zentrum des Flugkreises mit der Mittenachse zusammenfällt und das Zentrum des Führungskreises um die Exzentrizität hiervon beabstandet ist.
Das grundlegende Konzept der Ausübung einer Vorspannung lässt sich jedoch auch durch eine gezielte „exzentrische Anordnung des Werkzeugs in der Zerspanungsmaschine erreichen. Um hierbei auf die üblichen und für die Maschinenbetreiber gewohnten Einstellverfahren (bezüglich des Rundlaufs über die Rundlaufreferenzen) zurückgreifen zu können ist in einer vorteilhaften Alternative oder Ergänzung vorgesehen, dass die Rundlaufreferenzen selbst bewusst „exzentrisch” beispielsweise durch einen Aufschweißvorgang ausgebildet werden, dass die durch sie definierte Mittenachse bezüglich einer eigentlichen Zentralachse des Werkzeugs um die Exzentrizität verschoben wird. Zumindest in einem sich an den Schneidteil anschließenden Schaftteil weist das Werkzeug eine rotationssymmetrische Ausgestaltung, insbesondere Massenverteilung auf, so dass keine Unwucht auftritt. Das Zentrum der Massenverteilung definiert die Zentralachse und bei herkömmlicher Ausbildung der Rundlaufreferenzen die Mittenachse.
Bei der Variante mit der exzentrischen Anordnung des Führungskreises ist der Durchmesser des Flugkreises vorzugsweise etwa um 5 bis 15 μm und insbesondere um etwa 10 μm größer als der des Führungskreises. Bei herkömmlichen Werkzeugen, wie sie bisher aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird der Durchmesser des Führungskreises üblicherweise etwa 20 μm kleiner als der Durchmesser des Flugkreises gewählt.
Bei der Ausgestaltung mit der exzentrischen Anordnung des Führungskreises ist dieser vorzugsweise um etwa 10 μm kleiner als ein Bohrungs-Zieldurchmesser, der erreicht werden soll. Da infolge der exzentrischen Anordnung die Abdrängung bereits vorweggenommen ist, ist im Unterschied zu herkömmlichen Bohrwerkzeugen der Nenndurchmesser allenfalls gleichgroß oder geringfügig größer als der Bohrungs-Zieldurchmesser.
Der exzentrische Versatz des Zentrums des Führungskreises gegenüber dem Zentrum des Flugkreises ist allgemein also vorzugsweise derart gewählt, dass der Durchmesserunterschied zwischen Flugkreis und Führungskreis zumindest kompensiert oder überkompensiert ist. Hierunter wird verstanden, dass die Exzentrizität derart gewählt wird, dass bei gegebener Geometrie des Schneidteils mit gegebener Winkelverteilung der Schneide sowie der Führungselemente die sonst erforderliche Abdrängung bereits vorweggenommen, also kompensiert ist. Bei herkömmlichen Reibwerkzeugen wird das Rotationszentrum des Werkzeugs, also die Mittenachse und damit das Zentrum des Flugkreises durch die Abdrängung aus dem gewünschten Bohrloch-Zentrum abgedrängt.
Bei der Kompensation ist die exzentrische Ausgestaltung des Führungskreises vorzugsweise genau derart gewählt, dass diese Abdrängung vorweggenommen wird, so dass beim Reibvorgang die Mittenachse des Reibwerkzeugs mit der gewünschten Bohrloch-Achse zusammenfällt. In diesem Fall entspricht daher der Nenndurchmesser dem Bohrungs-Zieldurchmesser, bzw. liegt innerhalb der Toleranzen etwas darüber. Bei einer Überkompensation wird die Mittenachse in entgegengesetzter Richtung über die gewünschte Bohrlochachse hinaus „vorgespannt”, so dass in diesem Fall der Nenndurchmesser sogar kleiner als der Bohrungs-Zieldurchmesser gewählt ist. Das Zentrum des Flugkreises liegt auf der Mittenachse. Das Zentrum des Führungskreises ist daher exzentrisch zu der Mittenachse angeordnet.
Aus der Winkelverteilung der Schneide(n) sowie der Führungselemente, die beim Zerspanungsvorgang am Werkstück anliegen (in der Regel genau zwei Führungselemente, selbst wenn mehrere vorgesehen sind), und unter der Annahme, dass die Abdrängung der Schneide durch die Exzentrizität vorweggenommen und damit kompensiert wird, wird bei vorgegebenem Durchmesserunterschied zwischen Flugkreis und Führungskreis der Wert der Exzentrizität E näherungsweise bevorzugt nach folgender Formel bestimmt: E = 0,5·(D1 – D2)·cos(0,5·δ)
Dabei sind E die Exzentrizität, D1 der Durchmesser des Flugkreises, D2 der Durchmesser des Führungskreises und δ der Winkel zwischen den Führungselementen. Unter Näherungsweise wird hierbei bevorzugt eine Abweichung von +–10% der ermittelten Werte verstanden. Durch diese Formel wird daher ein Wert für die Exzentrizität angegeben, der die ansonsten erfolgende Abdrängung der Schneide kompensiert. Die Exzentrizität wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen dem 0,5 bis 2-fachen des nach dieser Formel ermittelten Wertes eingestellt.
Zweckdienlicherweise ist die Exzentrizität, also der Versatz zwischen dem Zentrum des Flugkreises und dem Zentrum des Führungskreises größer als 3 μm und liegt typischerweise bei etwa 7 μm. Bei einem derartigen Versatz ist üblicherweise eine Kompensation erreicht. Alternativ kann die Exzentrizität auch deutlich größer als 7 μm gewählt werden und beispielsweise bis zu 30 μm betragen, also im Bereich beispielsweise zwischen 10 und 30 μm liegen, sodass eine Überkompensation erfolgt und eine Art radiale Vorspannkraft in Schneidenrichtung ausgeübt wird.
Allgemein ist in diesem Fall die Exzentrizität damit vorzugsweise größer als ein Radiusunterschied zwischen dem Radius des Führungskreises und dem Radius des Flugkreises.
In zweckdienlicher Weiterbildung ist das Zentrum des Führungskreises dabei in eine Abdrängungsrichtung verschoben, die bestimmt ist durch eine resultierende Kraftrichtung einer Abdrängungskraft, die der Schneidteil bei einem Eingriff in ein Werkstück und bei vorgegebener Schneidenposition und Position der Führungselemente erfährt. Auch diese Ausgestaltung beruht auf der grundsätzlichen Überlegung, die bisher erforderliche Abdrängung vorwegzunehmen und zu kompensieren. Insbesondere die Wahl der Abdrängungsrichtung in Kombination mit dem Maß des Abstands und damit der Exzentrizität zum Zentrum des Flugkreises hin gewährleistet die gewünschte Kompensation und damit die angestrebte hohe Rundheit.
Die Orientierung der Abdrängungsrichtung wird von der Wahl der Position der Führungselemente in Relation zu der Schneide, der Wahl der Anzahl der Schneiden sowie deren Winkelpositionierung beeinflusst. Allgemein wird das Zentrum des Führungskreises innerhalb eines Kreisabschnittes zwischen zwei Führungselementen verschoben, an denen sich im Zerspanungsbetrieb das Werkzeug am Werkstück (Bohrlochinnenwand) abstützt.
Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung sind lediglich eine Schneide und exakt zwei Führungselemente vorgesehen. In diesem Fall ist das Zentrum des Führungskreises in etwa in Richtung, zumindest etwa in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Führungsleisten verschoben. Unter „in etwa” wird hierbei eine Abweichung von der exakten Winkelhalbierenden bis zu +/– 20° verstanden.
Bei einer Ausgestaltung mit mehreren Schneiden wird das Zentrum des Führungskreises üblicherweise innerhalb des Teilkreises zwischen den beiden Schneiden, also in Rotationsrichtung betrachtet zwischen der vorlaufenden und der nachlaufenden Schneide, verschoben.
Vorzugsweise sind die Führungselemente auf einer gedachten Zylinderfläche angeordnet und die Zylinderachse verläuft durch das Zentrum des Führungskreises.
Die Zylinderachse verläuft dabei vorzugsweise achsparallel zur Mittenachse. Alternativ kann sie hierzu auch leicht gekippt orientiert sein. Entscheidend ist, dass im vorderen Bereich der Schneidleisten die gewünschte Exzentrizität vorliegt.
Bei der Ausführungsvariante, bei der der Führungskreis einen größeren Durchmesser als der Flugkreis aufweist, sind die Führungselemente über einen Winkelabstand kleiner 180° verteilt. Durch diese Maßnahme wird die Abdrängung des Bohrkörpers in die den Führungselementen gegenüberliegende Halbkreishälfte ermöglicht, sodass der Führungskreis größer als der Flugkreis bei gleichzeitig konzentrischer Anordnung gewählt werden kann. Bei der konzentrischen Anordnung liegen die beiden Zentren des Flugkreises und des Führungskreises daher auf der Mittenachse. Grundsätzlich kann auch zusätzlich noch eine exzentrische Anordnung des Zentrums des Führungskreises gewählt werden.
Der Durchmesser des Führungskreises ist für die angestrebte Kompensation dabei zweckdienlicherweise um zumindest 3 μm größer als der Durchmesser des Flugkreises. Vorzugsweise ist der Durchmesser im Bereich von 3 μm bis 15 μm größer.
In zweckdienlicher Weiterbildung ist ergänzend zu der als Reib- oder Schlichtschneide ausgebildeten Schneide eine weitere Schruppschneide angeordnet, die in Axialrichtung vorlaufend zur Schlichtschneide angeordnet ist. Der Flugkreis wird dabei durch die Schlichtschneide definiert. Die Schruppschneide ist gegenüber der Schlichtschneide radial zurückversetzt. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine hohe Zerspanungsleistung bei gleichzeitig hoher Oberflächengüte erzielen.
Durch die Führungselemente wird ein (gedachter) Führungszylinder definiert. Dieser weist eine sehr hochgenaue Ausgestaltung auf und hat eine Zylindrizität von 1 μm auf 100 mm Länge und weist eine Durchmesser-Toleranz sowie eine Rundheit-Toleranz von lediglich 3 μm auf. Unter Zylindrizität wird hierbei die Abweichung von einem Kreiszylinder in Längsrichtung des Werkzeuges verstanden. Unter Durchmesser-Toleranz wird verstanden, dass der Durchmesser maximal im Rahmen dieser Toleranz um den Umfang des Schneidteiles variieren darf. Unter Rundheit-Toleranz wird schließlich verstanden, dass bei einer Rotation um die Mittenachse die radiale Variation an einem festen Messpunkt maximal 3 μm betragen darf.
Beschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
1 eine schematische Seitendarstellung eines Einschneiden-Reibwerkzeugs,
2A eine schematische Stirnansicht eines derartigen Einschneiden-Reibwerkzeugs mit zwei Führungselementen,
2B eine schematische Stirnansicht eines Reibwerkzeugs mit zwei Schneiden zur Schrupp- und Schlichtbearbeitung sowie mit insgesamt drei Führungselementen,
3A der Einsatz eines Einschneiden-Reibwerkzeugs nach dem Stand der Technik beim Reibvorgang in einem Werkstück,
3B eine zur 3A vergleichbare Darstellung eines erfindungsgemäßen Einschneiden-Reibwerkzeugs beim Reibvorgang in einem Werkstück bei einer exzentrischen Anordnung des Führungskreises,
3C eine zu den 3A, B vergleichbare Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Einschneiden-Reibwerkzeugs, bei dem der Führungskreis einen größeren Durchmesser als der Flugkreis aufweist, sowie
4 eine perspektivische Darstellung einer Einschneiden-Reibahle mit zwei nach Art von Führungsleisten ausgebildeten Führungselementen.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Einschneiden-Reibwerkzeug 2, wie es in 1 schematisch und in 4 mit mehr Details dargestellt ist, erstreckt sich regelmäßig entlang einer Mittenachse 4 von einem hinteren Spanschaft 6 zu einem vorderen Schneidteil 8. Der Schneidteil 8 weist einen Werkzeuggrundkörper beispielsweise aus einem Werkzeugstahl auf. An diesen Grundkörper ist bei dem dargestellten Einschneiden-Reibwerkzeug 2 genau eine Reib- oder Finishing-Schneide 10 angebracht. Diese ist beispielsweise in den Werkzeuggrundkörper eingelötet oder – wie aus 4 zu entnehmen ist – austauschbar mit Hilfe einer Klemmeinrichtung befestigt.
Ergänzend sind am Schneidteil 8 zumindest zwei Führungselemente 12 angebracht insbesondere in Form von sich in Längsrichtung erstreckenden Führungsleisten. Diese sind üblicherweise eingelötet. Die Führungselemente 12 sowie die Schneide 10 bestehen üblicherweise aus einem verschleißfesten Werkstoff, insbesondere beispielsweise aus Hartmetall.
Bei einem solchen Reibwerkzeug 2 sind üblicherweise mehrere Positionen als Rundlaufreferenzen 13 vorgesehen und ausgebildet. Diese stellen definierte Messpositionen dar, über die der Rundlauf des Werkzeugs 2 bei einer Rotation um die Mittenachse 4 überprüft bzw. an einer Werkzeugmaschine, in der das Reibwerkzeug 2 eingespannt ist, eingestellt wird. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu stirnseitig am vorderen Ende des Schneidteils 8 ein zylindrischer Zapfen mit im Vergleich zum Schneidteil deutlich verringertem Durchmesser und anschließend an den Schneidteil eine Ringnut eingebracht. Ergänzend ist im Ausführungsbeispiel optional eine weitere Rundlaufreferenz 13 am hinteren oder vorderen Ende des Spannschafts ausgebildet. Über diese Rundlaufreferenzen 13, die jeweils also durch hochgenaue zylindrische Teilbereiche gebildet sind, ist die Mittenachse 4 definiert, die durch das Zentrum dieser zylindrischen Teilbereiche läuft.
Eine schematische Stirnansicht des in den 1 und 4 dargestellten Reibwerkzeugs 2 ist in der 2 dargestellt. Beim Einsatz, also beim Reibvorgang rotiert das Reibwerkzeug um die Mittenachse 4 in Drehrichtung 14. Der Schneide 10 ist in einem Winkelabstand etwa von 10° bis 20° das erste Führungselement 12A und etwa gegenüberliegend, also 180° nachlaufend das zweite Führungselement 12B zugeordnet. Bei der Rotation um die Mittenachse 4 erzeugt die Schneide 10 einen Flugkreis 16 mit einem Nenndurchmesser D1. Gleichzeitig definieren die Führungselemente 12A, 12B einen Führungskreis 18 mit einem Führungsdurchmesser D2. Die Führungselemente 12A, 12B sind daher bezüglich eines Zentrums 28A des Führungskreises 18 gleich weit beabstandet.
Die beiden Führungselemente 12A, 12B sind um einen Winkelabstand δ voneinander beabstandet, der im Ausführungsbeispiel der 2A etwa im Bereich von 140° liegt. Der Winkelabstand δ ist dabei definiert als der Winkelabstand zwischen den Winkelpositionen, an denen die Führungselemente 12A, 12B beim Einsatz an einer Bohrungswand einer Bohrung zum Anliegen kommen. Üblicherweise sind dies jeweils die aufeinander zugewandten (gerundete) Eckbereiche (Seitenkanten).
2B zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Reibwerkzeugs 2 mit einer Schneide zur Vorbearbeitung, die auch als Schruppschneide 20 bezeichnet wird, und die ergänzend zu der eigentlichen Reibschneide 10 angeordnet ist. Die Schruppschneide 20 ist vorlaufend zur Reibschneide 10 angeordnet und weist einen geringeren Radialabstand zur Mittenachse 4 auf als die Reibschneide 10. Der Flugkreis 16 wird durch die Reibschneide 10 definiert. Bei dieser Ausführungsvariante sind insgesamt drei Führungselemente 12A, 12B, 12C angeordnet. Das erste Führungselement 12A ist wiederum unter einem geringen Winkelabstand von beispielsweise maximal 30° der vorlaufenden Schruppschneide 20 nachgeordnet. Das zweite Führungselement 12B ist dem ersten Führungselement 12A nachlaufend und vor der Reibschneide 10 etwa mittig zwischen diesen beiden Elementen angeordnet. Das dritte Führungselement 12C wiederum ist unter einem geringen Winkelabstand von maximal 30° der Reibschneide 10 nachlaufend angeordnet.
In den 2A, 2B sind weiterhin jeweils ein Quadrant 22, also ein Teilkreisabschnitt eingezeichnet. Beim Reibvorgang, also beim Eingriff des Reibwerkzeugs 2 mit dem Werkstück 24 (vgl. 3A bis 3C) wirkt auf das Reibwerkzeug 2 eine Abdrängungskraft F in die durch den Pfeil angedeutete Abdrängungsrichtung 26 ein.
Die Abdrängungsrichtung 26 liegt innerhalb des Quadranten 22. Sie ist üblicherweise zumindest in etwa in Richtung der Winkelhalbierenden des Winkelabstands orientiert. Auch bei mehr als zwei Führungsleisten 12 stützt sich das Werkzeug im Einsatz üblicherweise an zwei definierten Führungsleisten 12A, 12B ab.
Wie in der 2A dargestellt ist bei dem erfindungsgemäßem Reibwerkzeug das Zentrum 26A des Führungskreises 18 in Abdrängungsrichtung 26 um eine Exzentrizität E bzgl. der Mittenachse 4 und damit auch bzgl. des Zentrums 28B des Flugkreises 16 verschoben.
Anhand der 3A bis 3C wird nunmehr die Situation beim eigentlichen Reibvorgang und das erfinderische Konzept erläutert. 3A zeigt hierbei eine Situation gemäß dem Stand der Technik, bei dem infolge des Eingriffs der Reibschneide 10 mit dem Werkstück 24 das Reibwerkzeug 2 in Abdrängungsrichtung 26 (vgl. 2A) abgedrängt wird, so dass die Mittenachse 4 verschoben wird und exzentrisch zu einer gewünschten Bohrloch-Achse 30 angeordnet ist. Die Mittenachse 4 sowie die Zentren 28A, B des Führungskreises 18 und des Flugkreises 16 fallen beim Stand der Technik zusammen. Wie zu erkennen ist, liegen infolge der Abdrängung die Führungselemente 12A, 12B an einer Bohrungswand 32 einer Bohrung 34 an. Wie anhand des Abstandes der Umfangslinie des Reibwerkzeugs 2 zur Bohrungswand 32 zu erkennen ist, ist eine doch deutliche Abdrängung in eine Richtung erforderlich.
Die vergleichbare Situation bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Reibwerkzeugs 2 mit exzentrischer Anordnung des Führungskreises 18 ist in 3B dargestellt. Die Verschiebung des Zentrums 28A des Führungskreises 18 ist in diesem Fall insbesondere derart gewählt, dass sie genau der in der 3A dargestellten Verschiebung der Mittenachse 4 infolge der Abdrängkraft F entspricht und damit diese Abdrängung exakt kompensiert. Die übrigen Geometriedaten, wie Schneidenposition und Position der Führungselemente 12 etc. sind hierbei identisch. In diesem Fall ist also lediglich das Zentrum 28A um die Exzentrizität E versetzt zur Mittenachse 4 angeordnet, die in diesem Spezialfall der exakten Kompensation mit der Bohrloch-Achse 30 zusammenfällt. Das Zentrum des Flugkreises 28B liegt wiederum auf der Mittenachse 4. Wie zu erkennen ist, wird durch die gewählte exzentrische Anordnung des Zentrums 28A das Reibwerkzeug 2 entgegen der Abdrängungskraft F „vorgespannt”, so dass eine Abdrängung nicht erforderlich ist. Dadurch ist insgesamt eine verbesserte Führung auch bei der Bearbeitung von weichen Werkstoffen insbesondere bei gleichzeitig steifen Reibwerkzeugen 2 erzielt.
In 3C ist schließlich eine alternative Variante zu der exzentrischen Anordnung des Führungskreises 18 dargestellt. Bei dieser sind die beiden Führungselemente 12A, 12B unter einem Winkelabstand δ zueinander angeordnet, der kleiner 180° ist beispielsweise im Bereich von 140° bis 170° liegt. Bei dieser Ausführungsvariante ist nunmehr vorgesehen, dass der Nenndurchmesser D1 kleiner als der Führungsdurchmesser D2 ist. Durch diese Maßnahme erfolgt eine Abdrängung des Reibwerkzeugs 2 in die den Führungselementen 12A, 12B gegenüberliegende Halbkreishälfte. Die Mittenachse 4 und damit auch zugleich das Zentrum 28A sowie das Zentrum 28B, die allesamt zusammenfallen, sind daher gegenüber der Bohrlochachse 30 um einen Versatz V versetzt angeordnet. Das gesamte Reibwerkzeug 2 wird nunmehr exakt entgegen der Abdrängungsrichtung 26 (vgl. 2A) in die gegenüberliegende Halbkreishälfte abgedrängt, so dass auf diese Weise die Kompensation der sonst beim Schneidvorgang auftretenden Abdrängung erfolgt. In 3C ist hierbei der Quadrant 22 eingezeichnet, in die die Abdrängung erfolgt.
Die Erfindung ist nicht nur auf das in den 1 und 4 dargestellte Einschneiden-Reibwerkzeug beschränkt. Alternativ hierzu kann das erfinderische Konzept auch bei Stufenreibahlen zur Bearbeitung von gestuften Bohrlöchern, kegelförmige Reibahlen zur Bearbeitung von kegelförmigen Bohrlöchern oder auch sogenannte Außenreibahlen eingesetzt werden, bei denen nicht die Innenwandung einer Bohrung sondern die Außenwandung eines Bolzens oder Schafts feinbearbeitet wird. Eine derartige Außenreibahle weist einen Schneidteil mit einem zentrisch angeordneten zylinderförmigen Hohlraum zum Umschließen des zu bearbeitenden Schafts auf. Die Schneide ist in diesem Fall umfangsseitig des Hohlraums mit radial nach innen gewandter Schneidkante ausgebildet.

Claims

Zerspanungswerkzeug (2), insbesondere Reibwerkzeug mit einer Mittenachse (4) und mit einem Schneidteil (8) mit zumindest einer umfangsseitig angeordneten Schneide (10), die bei einer gedachten Rotation um die Mittenachse (4) einen Flugkreis (16) mit einem Nenndurchmesser (D1) definiert, sowie mit zumindest einem umfangsseitig angeordneten Führungselement (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (12) – in einem Querschnitt betrachtet – auf einem Führungskreis (18) liegt, dessen Zentrum (28A) um eine Exzentrizität (E) exzentrisch zur Mittenachse (4) angeordnet ist oder der einen größeren Durchmesser (D2) als der Flugkreis (16) aufweist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Rundlaufreferenzen (13) aufweist, über die die Mittenachse (4) definiert ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer exzentrischen Anordnung des Führungskreises (18) der Durchmesser (D1) des Flugkreises (16) im Bereich von 5 bis 15 μm größer als der des Führungskreises (18) ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Führungselemente (12A, 12B) angeordnet sind, mit denen sich das Zerspanungswerkzeug (2) beim Zerspanungsvorgang an einem Werkstück abstützt, die unter einem Winkelabstand (δ) voneinander beabstandet sind, wobei der Betrag der Exzentrizität (E) sich etwa nach der Formel bestimmt E = 0,5·(D1 – D2)·cos(0,5·δ), wobei E die Exzentrizität (E), D1 der Durchmesser (D1) des Flugkreises (16), D2 der Durchmesser (D2) des Führungskreises (18) und δ der Winkel (δ) zwischen den Führungselementen (12A, 12B) ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität (E) größergleich 3 μm.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Exzentrizität (E) größer als ein Radiusunterschied zwischen dem Radius des Führungskreises (18) und dem Radius des Flugkreises (16) ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum (28A) des Führungskreises (18) in Abdrängungsrichtung (26) verschoben ist, die bestimmt ist durch eine resultierende Kraftrichtung einer Abdrängkraft (F), die der Schneidteil (8) bei einem Eingriff in ein Werkstück (24) während des Zerspanungsvorgangs und bei vorgegebener Position der zumindest einen Schneide (10) erfährt.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Führungselemente (12A, 12B) angeordnet sind und das Zentrum (28A) des Führungskreises (18) etwa in Richtung einer Winkelhalbierenden zwischen den Führungselementen (12A, 12B) verschoben ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Führungselemente (12A, 12B) angeordnet sind, mit denen sich das Zerspanungswerkzeug (2) beim Zerspanungsvorgang an einem Werkstück abstützt, die über einen Winkelabstand (δ) kleiner 180° verteilt sind.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Schneide (10) vorgesehen ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Schneide (10) eine Schruppschneide (20) ausgebildet ist, die in einer Axialrichtung vorlaufend sowie radial zurückversetzt zur Schneide 10 angeordnet ist.