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Die Erfindung betrifft ein modulares Schaftwerkzeug, insbesondere für die Ventilsitzbearbeitung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Schaftwerkzeuge sind auch unter dem Begriff Stufenwerkzeuge oder Fertigbearbeitungswerkzeuge bekannt und zeichnen sich dadurch aus, dass mit ein und demselben Werkzeug in einem Arbeitsgang bzw. mit ein und derselben Einspannung in der Werkzeugmaschine verschiedene Funktionsflächen an einem Werkstück einer Vor- und/oder Endbearbeitung – gegebenenfalls mit unterschiedlicher Oberflächengüte – unterzogen werden können. Die Lagezuordnung der bearbeiteten Werkstückflächen soll dabei regelmäßig in einem engen Toleranzbereich liegen. Solche Schaftwerkzeuge werden beispielsweise bei der Komplettbearbeitung von Zylinderköpfen benötigt, um beispielsweise die Bohrungen für die Ventilführung und den Ventilsitz mit den entsprechend angepassten Durchmessern und/oder die Vor- und Fertigbearbeitung des Ventilsitzes in einem Arbeitsgang durchführen zu können. Die im Bereich der Ventilführung und des Ventilsitzes auszubildenden Bohrungen und mehrfachen Schrägflächen sind nicht nur hinsichtlich ihrer Winkellage, sondern auch bezüglich ihrer Axialposition mit einem sehr engen Toleranzfeld belegt. Es besteht demnach das Bedürfnis nach einem extrem stabilen und einen exakten Rundlauf garantierenden Schaftwerkzeug, bei dem die Verbindung zwischen einem einen größeren Durchmesser-(bereich)bearbeitenden äußeren Schneidenträger und einem einen kleineren Durchmesserbereich(-bereich)bearbeitenden inneren, zentrisch gespannten Schneidwerkzeug fluchtungs- und positionsgenau herstellbar ist.
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Um die Produktion derartiger Schaftwerkzeuge möglichst wirtschaftlich zu gestalten, wird in der
DE 4008350 A1 ein in axialer Richtung modular aufgebautes Schaftwerkzeug mit mehreren Schneidstufen vorgeschlagen, die als separate Schneidstufenteile ausgebildet und mittels eines zentralen Zugankers in radialer und axialer Richtung an einem HSK-Grundkörper positionierbar sind. In einer Ausführungsform sind mehrere Schneidstufenringe auf einem Zuganker aufgefädelt, der selbst ein Spitzenschneidstufenteil aufweisen kann. Bis zur Endmontage ist jedes Schneidstufenteil separat handhabbar und unter Berücksichtigung der individuellen Anforderungen hinsichtlich der zu erwartenden Schnittbedingungen gestaltbar und herstellbar. Da die einzelnen Schneidstufenringe mit dem HSK-Grundkörper austauschbar verbunden sind, ist eine wirtschaftliche Zusammenstellung verschiedener Schaftwerkzeuge mit auf die jeweiligen Bedürfnisse abgestimmten, passenden Schneidstufen möglich. Allerdings erfolgt die Zusammenstellung mittels eines zentral durch das Schaftwerkzeug laufenden Zugankers, der beispielsweise die zentrale Anordnung eines Kühlschmiermittelkanals erschwert. Außerdem sind für eine drehfeste Verbindung der mittels des Zugankers in axialer Richtung verspannbaren Schneidriunge zusätzliche Mitnehmerelemente (Mitnehmerkörper, Mitnehmerscheiben) erforderlich, die die Montage des Schaftwerkzeugs erschweren. Hinzu kommt, dass die in Werkzeugvorschubrichtung vordere Schneidstufe allein durch über den Zuganker ausgeübte Axialkraft eine axiale Vorspannung erfährt, die mit den bei der Bearbeitung auftretenden Kräften und Momenten zu einer hohen Werkzeugbelastung führt.
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In der
DE 10 2006 016 290 A1 ist ein als Feinbearbeitungs-, Stufen- oder Fertigbearbeitungswerkzeug einsetzbares modulares Schaftwerkzeug vorgeschlagen, bei dem ein zentrales Schneidwerkzeug, beispielweise eine mit PKD(Polykristaliner Diamant)-Schneiden bestückte Reibahle, durch ein mit einem HSK-Grundkörper integral ausgebildetes Hydrodehnspannfutter fixiert wird. Ein äußerer Schneidenträger sitzt konzentrisch um das zentral gespannte Schneidwerkzeug herum fest auf dem Hydrodehnspannfutter und bildet mit dem Hydrodehnspannfutter und HSK-Adpater eine einstückig handhabbare Einheit. Weil beim Spannvorgang des zentralen Schneidwerkzeugs die Dehnung bzw. elastische Verformung des Schneidenträgers in vorbestimmten, sehr engen Grenzen gehalten wird, wird die Spannkraft des Dehnspannfutters auf das Zentrum, d. h. auf den in das Dehnspannfutter einsetzbaren Zentralkörper konzentriert. Damit soll sichergestellt sein, dass das zentrale Schneidwerkzeug mit dem außen auf dem Hydrodehnspannfutter sitzenden Schneidenträger mit größter Rundlaufgenauigkeit ausgerichtet werden kann. Weil bei dem in der
DE 10 2006 016 290 A1 beschriebenen modularen Schaftwerkzeug das Hydrodehnspannfutter integral mit dem HSK-Grundkörper verbunden ist, ist das Einsatzgebiet des Hydrodehnspannfutters und damit des Schaftwerkzeugs jedoch auf Schnitt- oder Trennstellen mit HSK-Aufnahmen beschränkt. Zudem lässt sich eine elastische Verformung des äußeren Schneidenträgers beim Spannvorgang durch das Dehnspannfutter nicht gänzlich vermeiden, so dass das in der diskutierten Druckschrift beschriebene Schaftwerkzeug zusätzlich eine Einrichtung zur Feinjustierung der Schneiden am Schneidenträger aufweisen kann.
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Ausgehend von dem oben beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein modulares Schaftwerkzeug zu schaffen, das so aufgebaut ist, dass es noch wirtschaftlicher mit einem vergrößerten Arbeitsspektrum einsetzbar ist, gleichzeitig aber einen exakten Rundlauf und eine hohe Stabilität garantiert.
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Diese Aufgabe wird durch ein modulares Schaftwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes modulares Schaftwerkzeug ist für die spanabhebende Bearbeitung wenigstens eines ersten, kleineren Durchmessers bzw. Durchmesserbereichs, z. B. einer Bohrung einer Ventilführungsbuchse, und eines zweiten, größeren Durchmessers bzw. Durchmesserbereichs, z. B. eines Ventilsitzes, ausgelegt. Es hat hierzu zunächst einen sich entlang einer zentralen Dreh- oder Längsmittelachse erstreckenden Adapter oder Grundkörper mit einem Schaft zum Ankuppeln an ein Modul eines modularen Werkzeugsystems (d. h. innerhalb einer Trennstelle eines modularen Werkzeugsystems) oder direkt an eine Maschinenspindel (d. h. innerhalb einer Schnittstelle). Der Grundkörper weist hierzu einen vorzugsweise DIN-genormten Schaft, z. B. HSK- oder SK-Schaft, auf. Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug hat des Weiteren ein axial am Grundkörper angeordnetes Spannfutter zum zentrischen Spannen eines zentralen Schneidwerkzeugs, z. B. eines Bohrers oder einer Reibahle, für die Bearbeitung des ersten Durchmesserbereichs, und einen axial am Spannfutter angeordneten Schneidenträger mit wenigstens einer exzentrisch angeordneten Schneide für die Bearbeitung des zweiten Durchmesserbereichs. Die wenigstens eine Schneide kann unmittelbar am Schneidenträger ausgebildet, z. B. eingeschliffen, sein. Die wenigstens eine Schneide ist vorzugsweise aber an einem am Schneidenträger unlösbar (z. B. durch Löten, Kleben, etc.) oder lösbar (durch Verschraubung) gehaltenen Schneidelement (z. B. in Gestalt einer Wechsel- oder Wendeschneidplatte, eines Schneideinsatzes oder sonstigen Schneidkörpers). Das lösbar am Schneidenträger angebrachte Schneidelement kann in an sich bekannter unmittelbar mittels einer Klemmschraube oder mittelbar mittels einer Spannpratze oder über eine Werkzeugkassette am Schneidenträger befestigt sein. Das Spannnfutter ist vorzugsweise als ein kraftschlüssig klemmendes Spannfutter, z. B. Hydrodehnspannfutter, Schrumpffutter oder Klemmspannfutter, ausgebildet. Erfindungsgemäß ist das Spannfutter aber als ein austauschbares (Funktions-)Modul axial an den Grundkörper und der Schneidenträger als ein weiteres austauschbares (Funktions-)Modul axial an das Spannfutter angeflanscht. „Angeflanscht” heißt in diesem Zusammenhang, dass die axiale Befestigung des Spannfutters am Grundkörper und des Schneidenträgers am Spannfutter jeweils mittels und in radialer Richtung im Bereich eines am Spannfutter und Schneidenträger vorgesehenen Flansches, d. h. exzentrisch in einem definierten radialen Abstand zur zentralen Dreh- oder Längsachse, erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug unterscheidet sich von dem eingangs diskutierten Stand der Technik zunächst also dadurch, dass durch die Trennung in den Grundkörper und das Spannfutter eine weitere Modularität geschaffen ist, die das Arbeitsspektrum und den Einsatzbereich des Schaftwerkzeugs vergrößert. Denn das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug ermöglicht nun den Austausch des Grundkörpers, Spannfutters und Schneidenträgers voneinander unabhängig. Es lassen sich daher verschiedene Funktionsmodule äußerst flexibel zu einem integral handhabbaren Schaftwerkzeug für verschiedenste Bearbeitungsaufgaben zusammenstellen.
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Durch die axiale Anflanschung, d. h. die axiale Befestigung der Module mittels und im Bereich von Flanschen, ermöglicht das erfindungsgemäße Spannfutter des Weiteren eine exzentrische axiale Verspannung der jeweiligen Module im Bereich eines größeren Durchmessers als bei dem eingangs diskutierten Schaftwerkzeug, bei dem verschiedene Module mittels eines zentrischen Zugankers verspannt werden. Im Unterschied zu der bekannten zentrischen Verspannung lässt sich das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug äußerst stabil axial modular aufbauen. Die erfindungsgemäße Anflanschung gestattet durch die exzentrische Verbindung der jeweiligen Module zudem ohne zusätzliche Mitnehmerelemente eine einfache zu realisierende drehfeste Verbindung des Spannfutters, Schneidenträgers und Grundkörpers aneinander.
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Hinzu kommt, dass durch die exzentrische axiale Verspannung der jeweiligen Module bei dem erfindungsgemäßen Schaftwerkzeug die axiale Spannkraft auf mehrere, vorzugsweise äquidistant um die Längsmittelachse herum vorgesehene Spannstellen verteilt und in die Module eingeleitet werden kann, wodurch eine Konzentration der axialen Spannkraft auf eine Spannstelle, im Besonderen das Zentrum bzw. das im Spannfutter zentrisch gespannte Schneidwerkzeug unterbleibt. Des Weiteren wird durch die exzentrische Verspannung der jeweiligen Module des Schaftwerkzeugs eine höhere Biegefestigkeit erhalten als bei einer zentrischen Verspannung mittels eines Zugankers.
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Weil die Verbindung im Bereich von Flanschen, also exzentrisch erfolgt, ist ferner eine zentrale Anordnung oder Ausbildung einer Einrichtung zur Kühlschmiermittelversorgung, insbesondere unter Einschluss der MMS(Minimalmengenschmierung)-Technik, entlang der Dreh- oder Längsmittelachse des Schaftwerkzeugs ohne weiteres möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein erfindungsgemäßes Schaftwerkzeug daher eine entlang der Dreh- oder Längsmittelachse führende Einrichtung, z. B. einen Kanal, Rohrleitung, etc., zur Innenkühlung eines im Spannfutter zentral eingespannten Werkzeugs und/oder der wenigstens einen Schneide am Schneidenträger auf.
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Besonders einfach gelingt die exzentrische Anflanschung des Schneidenträgers und Spannfutters an den Grundkörper mittels einer Vielzahl von, z. B. dreier, um die Dreh- oder Längsmittelachse äquidistant angeordneten Spannschrauben. Die insgesamt erforderliche axiale Spannkraft des Schaftwerkzeugs verteilt sich in diesem Fall auf die Vielzahl von Spannschrauben. Diese Spannschrauben sind vorzugsweise jeweils von einer Kopfschraube gebildet, die mit einem im Durchmesser vergrößerten Kopf in einer Stufenbohrung im Schneidenträger abgestützt, durch eine axiale Durchgangsbohrung im Spannfutter geführt und in eine Gewindebohrung im Grundkörper eingeschraubt ist. Durch die Vielzahl von exzentrisch angeordneten Spannschrauben gelingt eine axiale Verspannung der verschiedenen Module des Schaftwerkzeugs auf einem großen Durchmesserbereich, woraus eine hohe Biegefestigkeit resultiert. Durch die Einhaltung eines für die Spannschrauben jeweils vorgegebenen Schraubenanzugsmoments lässt sich außerdem eine hohe Konzentrizität der verschiedenen Module erreichen, was zu einer hohen Rundlaufgenauigkeit des Schaftwerkzeugs insgesamt beiträgt.
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Zur Korrektur der Winkellage des Spannfutters und Schneidenträgers relativ zur Dreh- oder Längsmittelachse und Grundkörper kann das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug des Weiteren eine zwischen Grundkörper und Spannfutter und/oder zwischen Spannfutter und Schneidenträger vorgesehene Winkelausrichteinheit aufweisen. Die Winkelausrichteinheit kann eine Vielzahl von um die Längsmittelachse äquidistant, exzentrisch angeordnete Stellschrauben aufweisen, die jeweils im Intervall zwischen zwei benachbarten der oben erwähnten Spannschrauben angeordnet sind. Über die Winkelausrichteinheit lassen sich dann fertigungsbedingte Rundlauffehler korrigieren.
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Im Interesse einer in radialer Richtung eindeutig bestimmten Positionierung der jeweiligen Module kann das Spannfutter mit dem Grundkörper und/oder Schneidenträger radial formschlüssig verbunden sein. Das Spannfutter kann hierzu auf seiner schneidenträgerseitigen Stirnseite und/oder seiner grundkörperseitigen Stirnseite jeweils einen axial vorspringenden Verbindungszapfen aufweisen, der mit einer definierten radialen Spielpassung in einer zentrischen Aufnahmeöffnung im Spannfutter und/oder Schneidenträger aufgenommen ist.
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Der oder die Verbindungszapfen können des Weiteren mit einem definierten großzügigen axialen Spiel in der jeweiligen Aufnahmeöffnung aufgenommen sein. In diesem Fall wird axial vor und hinter dem jeweiligen Verbindungszapfen und dem Boden der Aufnahmeöffnung im Spannfutter bzw. Schneidenträger ein Zylinderraum erhalten, der zur Kühlschmiermittelversorgung der wenigstens einen Schneide am Schneidenträger herangezogen werden kann. Hierzu kann das Spannfutter wenigstens eine bezüglich der Dreh- oder Längsmittelachse exzentrisch angeordnete axiale Durchgangsbohrung aufweisen, die die beiden axialen Spielräume zwischen den Verbindungszapfen des Spannfutters einerseits und dem Grundkörper oder Schneidenträger andererseits verbindet. Der zwischen der schneidenträgerseitigen Stirnseite und dem Schneidenträger eingeschlossene Zylinderraum kann über durch den Schneidenträger führenden Verbindungskanal, z. B. in Gestalt einer Verbindungsbohrung, mit der wenigstens einen Schneide am Schneidenträger verbunden sein.
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Die Kühlschmiermittelzufuhr führt vorzugsweise durch einen zentrischen Kühlschmiermittelkanal im Grundkörper und eine im Grundkörper zentrisch angeordnete Längeneinstellschraube, die die Spanntiefe für ein im Spannfutter einzuspannendes Schneidwerkzeug bildet und die einen zentrischen Kühlschmiermittelkanal aufweist, der an der spannfutterseitigen Stirnseite der Längeneinstellschraube in einen radial verlaufenden Schlitz mündet.
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Zur Verbesserung der Rundlaufgenauigkeit kann die wenigstens eine Schneide des Schneidenträgers in ihrer axialen, radialen und/oder Winkellage justierbar sein. Die wenigstens eine Schneide kann hierzu wie oben bereits angegeben an einem am Schneidenträger mittelbar oder unmittelbar einstellbar befestigten Schneidelement, z. B. Schneideinsatz, Schneidplatte, Schneidkörper, ausgebildet sein. Um die eingestellte Schneidenlage durch die bei der radial innerhalb erfolgenden kraftschlüssigen Spannung des Schneidwerkzeugs im Spannfutter auftretenden elastischen Verformungen nicht zu gefährden, kann die wenigstens eine Schneide am Schneidenträger mit einem axialen Abstand (vor oder hinter) dem Spannbereich des Spannfutters, z. B. einer Druckkammer eines Hydrodehnspannfutters, platziert sein.
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Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus, der eine zentrales Schneidwerkzeugs und radial außerhalb wenigstens eine weitere Schneide am Schneidenträger vorsieht, eignet sich das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug als Feinbearbeitungs-, Stufenbearbeitungs- oder Fertigbearbeitungswerkzeug.
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Im Folgenden werden mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs und Ausführungsbeispiele für einen Schneidenträger des erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs erläutert. In den Zeichnungen zeigt/zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs (ohne ein zentrales Schneidwerkzeug);
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2 einen Längsschnitt des Schaftwerkzeugs aus 1;
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3 eine stirnseitige Draufsicht des Schaftwerkzeugs aus 1 sowie den Verlauf des Längsschnitts aus 2;
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4 einen Längsschnitt und eine Seitenansicht eines Grundkörpes des Schaftwerkzeugs aus 1;
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5 eine stirnseitige Draufsicht des Grundkörpers sowie den Verlauf des Längsschnitts aus 4;
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6 einen Längsschnitt eines Spannfutters des Schaftwerkzeugs aus 1 (ohne das zentrale Schneidwerkzeug);
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7 einen Querschnitt des Spannfutters aus 6 sowie den Verlauf des Längsschnitts aus 6 (ohne das zentrale Schneidwerkzeug);
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8 eine perspektivische Ansicht des Spannfutters (ohne das zentrale Schneidwerkzeug);
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9a bis 9e verschiedene Ansichten eines anderen Ausführungsbeispiels für einen Schneidenträger (ohne Schneidelemente); und
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10a bis 10c verschiedene Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen Schneidenträger (ohne Schneidelemente).
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Die 1 bis 8 zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen axial modular aufgebauten Schaftwerkzeugs 1 zur spanabhebenden Bearbeitung wenigstens eines ersten, kleineren Durchmessers bzw. Durchmesserbereichs, z. B. einer Bohrung einer Ventilführungsbuchse, und eines zweiten, größeren Durchmessers bzw. Durchmesserbereichs, z. B. eines Ventilsitzes, eines Zylinderkopfs als Werkstück. Bei dem in den Figuren gezeigten Schaftwerkzeug 1 handelt es sich im Besonderen um ein Feinbearbeitungswerkzeug, das als Stufenwerkzeug zur Komplettbearbeitung von Bauteilen, wie zum Beispiel von Zylinderköpfen, eingesetzt werden kann.
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Das sich entlang einer Dreh- oder Längsmittelachse 2 erstreckende Schaftwerkzeug 1 umfasst als seine axial miteinander zu verbindenden Funktionsmodule einen Adapter oder Grundkörper 10, ein axial an den Grundkörper 10 angeflanschtes Spannfutter 20, einen axial an das Spannfutter 20 angeflanschten Schneidenträger 30 und ein in den Figuren nicht gezeigtes im Spannfutter 20 einzuspannendes Schneidwerkzeug. Unter der in den Ansprüchen angegebenen Anflanschung wird in diesem Zusammenhang eine axiale Befestigung des Spannfutters 20 am Grundkörper 10 und des Schneidenträgers 30 am Spannfutter 20 jeweils mittels und in radialer Richtung im Bereich eines am Spannfutter 20 und Schneidenträger 30 vorgesehenen Flansches 21 bzw. 31, d. h. eine exzentrische Befestigung des Schneidenträgers 30 und Spannfutters 20 am Grundkörper 10 in einem definierten radialen Abstand zur Dreh- oder Längsmittelachse 2, verstanden, worauf im Folgenden noch ausführlicher eingegangen wird.
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In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform hat der Grundkörper 10 auf seiner vom Spannfutter 20 und Schneidenträger 30 abgewandten Seite einen DIN-genormten HSK-Schaft 11 zum Ankuppeln des Schaftwerkzeugs 1 an ein (nicht gezeigtes) Modul eines modularen Werkzeugsystems (d. h. innerhalb einer Trennstelle eines modularen Werkzeugsystems) oder direkt an eine (ebenfalls nicht gezeigte) Maschinenspindel (d. h. innerhalb einer Schnittstelle). Auf seiner vom HSK-Schaft 11 abgewandten Seite weist der Grundkörper 10 eine zentrische Aufnahmeöffnung 12 zur Aufnahme eines nachstehend beschriebenen Verbindungszapfens 22a des Spannfutters 20 auf. In die Aufnahmeöffnung 12 mündet ein axialer Kühlschmiermittelkanal 13, der spannfutterseitig durch eine hohle Längeneinstellschraube 14 führt. Die Längeneinstellschraube 14 bildet einen Axialanschlag und bestimmt daher die Spanntiefe für ein im Spannfutter 20 einzuspannendes Schneidwerkzeug. Die Längeneinstellschraube 14 hat einen zentrischen Kühlschmiermittelkanal 14a, der an der spannfutterseitigen Stirnseite der Längeneinstellschraube 14 in einen radial verlaufenden Schlitz 14b mündet, der in 2 und 3 zu erkennen ist.
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An seiner spannfutterseitigen Stirnseite weist der Grundkörper 10 des Weiteren eine die zentrische Aufnahmeöffnung 12 umgebende plan geschliffene Ringfläche 11a auf, die in einer Radialebene liegt und zur axialen Positionierung und Winkelausrichtung des Spannfutters 20 relativ zum Grundkörper 10 dient.
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Das axial an den Grundkörper 10 angeflanschte Spannfutter 20 ist als ein kraftschlüssig spannendes Hydrodehnspannfutter ausgebildet, das ein Schneidwerkzeug zentrisch spannt. Ein derartiges Hydrodehnspannfutter ist an sich bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der Einzelheiten verzichtet werden kann. Mit dem Bezugszeichen 23 ist eine Druckkammer bezeichnet, die radial innenseitig unter Zwischenschaltung einer elastisch nachgiebigen Trennwand 23a von einem Spannbereich 23b begrenzt ist, der zur Aufnahme eines auf Passung geschliffenen Spannschaftes des Schneidwerkzeugs dient. Der Spannbereich 23b ist so gefertigt, dass der Spannschaft mit einer definierten Spielpassung eingeführt werden kann.
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Wie in 2 gezeigt, weist das Spannfutter 20 auf seiner schneidenträgerseitigen Stirnseite und seiner grundkörperseitigen Stirnseite den oben erwähnten axial vorspringenden Verbindungszapfen 22a bzw. 22b auf, die jeweils mit einer definierten radialen Spielpassung in der oben erwähnten zentrischen Aufnahmeöffnung 12 im Grundkörper 10 bzw. einer axial gegenüberliegenden zentrischen Aufnahmeöffnung 32 im Schneidenträger 30 aufgenommen sind. Das Spannfutter 20 weist des Weiteren axial mittig zwischen den beiden Verbindungszapfen 22a, 22b den im Durchmesser vergrößerten Flansch 21 auf, der zur axialen Verspannung des Spannfutter 20 mit dem Grundkörper 10 und Schneidenträger 30 dient. Die beiden axialen Stirnseiten des Flansches 21 sind jeweils von einer den jeweiligen Verbindungszapfen 22a, 22b umgebenden planen Ringfläche 21a, 21b gebildet, die in einer Radialebene liegt.
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Der gemäß 1 und 2 glockenförmige Schneidenträger 30 ist konzentrisch zum Spannfutter 20 axial an das Spannfutter 20 angeflanscht. Auf seiner spannfutterseitigen Seite weist der Schneidenträger 30 die oben erwähnte zentrische Aufnahmeöffnung 32 zur Aufnahme des schneidenträgerseitigen Verbindungszapfens 22b des Spannfutters 20 auf. In diese Aufnahmeöffnung mündet eine axiale Durchgangsbohrung 33. Der Schneidenträger 30 weist des Weiteren an seinem spannfutterseitigen Endabschnitt den im Durchmesser vergrößerten Flansch 31 auf, der wie der Flansch 21 des Spannfutters 20 zur axialen Verspannung des Grundkörpers, Spannfutters und Schneidenträgers dient. Die dem Spannfutter 20 zugewandte axiale Stirnseite des Flansches 31 ist von einer die zentrische Aufnahmeöffnung 32 umgebenden planen Ringfläche 31a gebildet, die in einer Radialebene liegt.
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Über die oben erwähnten Verbindungszapfen 22a, 22b am Spannfutter 20, die jeweils mit einer definierten radialen Spielpassung in der zentrischen Aufnahmeöffnung 12 am Grundkörper 10 bzw. der zentrischen Aufnahmeöffnung 32 am Schneidenträger 30 aufgenommen sind, ist die radiale Position des Spannfutters 20 relativ zum Grundkörper 10 und Schneidenträger 30 festgelegt. In axialer Richtung werden das Spannfutter 20 und der Schneidenträger 30 mittels einer Vielzahl (hier: drei) von um die Dreh- oder Längsmittelachse 2 herum äquidistant und exzentrisch angeordneten Spannschrauben 40 am Grundkörper 10 befestigt. Die Spannschrauben 40 sind jeweils von einer Kopfschraube gebildet, die jeweils mit einem im Durchmesser vergrößerten Kopf 41 in einer Stufenbohrung 34 im Schneidenträger 30 abgestützt und mit einem Schaft 42 durch eine axiale Durchgangsbohrung 24 im Spannfutter 20 geführt und in eine Gewindebohrung 15 im Grundkörper 10 eingeschraubt sind. Die Stufenbohrung 34 im Schneidenträger 30 und die Durchgangsbohrung 24 im Spannfutter 20 sind in radialer Richtung jeweils im Bereich der Flansche 31, 21 des Schneidenträgers 30 bzw. Spannfutters 20 ausgebildet. Die axiale Verspannung des Schneidenträgers 30 und Spannfutters 20 mit dem Grundkörper 10 erfolgt daher über die Vielzahl von Spannschrauben 40 exzentrisch im Bereich der Flansche 21, 31. Die für die axiale Verspannung des Schaftwerkzeugs 1 erforderliche Spannkraft verteilt sich daher gleichmäßig auf die Vielzahl von Spannschrauben 40.
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Wie 2 erkennen lässt, sind die Verbindungszapfen 22a, 22b mit einem definierten großzügigen axialen Spiel in der jeweiligen Aufnahmeöffnung 12 bzw. 32 aufgenommen. Axial vor bzw. hinter dem Verbindungszapfen 22a, 22b des Spannfutters 20 wird daher ein Zylinderraum 16, 35 erhalten, der zur Kühlschmiermittelversorgung der wenigstens einen Schneide am Schneidenträger 30 herangezogen wird. Das Spannfutter 20 weist hierzu zwei diametral angeordnete, radial außerhalb der Druckkammer 23 axial verlaufende Durchgangsbohrungen 25 auf, die die beiden axialen Zylinderräume 16, 35 zwischen den Verbindungszapfen 22a, 22b des Spannfutters 20 und dem Grundkörper 10 bzw. Schneidenträger 30 verbinden. Der zwischen der schneidenträgerseitigen Stirnseite des Verbindungszapfens 22bb des Spannfutters 20 und dem Schneidenträger 30 eingeschlossene Zylinderraum 35 führt über eine oder mehrere in 2 nicht gezeigte Kanäle, z. B. Verbindungsbohrungen, zu der wenigstens einen Schneide am Schneidenträger 30. Ein derartiger Kanal ist beispielsweise in 10 angegeben, die ein Ausführungsbeispiel für die Gestaltung des Schneidenträgers 30 zeigt.
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Der Schneidenträger 30 trägt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Schneidelemente 38 in Form plattenförmigen Schneideinsatzes, der in einer taschenartigen Ausnehmung 39 am Außenumfang des Schneidenträgers 30 z. B. durch Kleben oder Löten gehalten ist. Die taschenartige Ausnehmung 39 bildet eine Sitzfläche für eine lagedefinierte Anbringung der Schneidelemente 39 am Schneidenträger 30.
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Das im Spannfutter 20 zentrisch zu spannende (nicht gezeigte) Schneidwerkzeug kann als eine Mehrschneiden-Reibahle zur Feinbearbeitung einer Ventilführungsbohrung in einer Ventilbuchse ausgebildet sein.
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Zur Ausrichtung der Winkellage des Spannfutters 20 und Schneidenträgers 30 relativ zur Längsmittelachse 2 bzw. Grundkörper 10 weist das Schaftwerkzeug 1 des Weiteren eine zwischen Grundkörper 10 und Spannfutter 20 vorgesehene Winkelausrichteinheit 50 auf. Die Winkelausrichteinheit 50 umfasst eine Vielzahl von um die Dreh- oder Längsmittelachse 2 herum äquidistant, exzentrisch angeordnete Druckscheiben-Stellschrauben-Anordnungen auf, die jeweils im Intervall zwischen zwei benachbarten der oben erwähnten Spannschrauben 40 angeordnet sind. Die Stellschrauben 51 sind jeweils als in einer Gewindebohrung 26 im Spannfutter 20 abgestützte Madenschrauben ausgeführt, die axial über eine zugeordnete Druckscheibe 52 gegen die gegenüberliegende plane Ringfläche 11a am Grundkörper 10 drücken. Ein Werkzeugzugriff ist über am Schneidenträger 30 vorgesehene Durchgriffe 36 ermöglicht, die im montierten Zustand jeweils von einer in einem Gewindebohrungsabschnitt 36 eingeschraubten Madenschraube 37 verschlossen sind. Über die Winkelausrichteinheit 50 lassen sich fertigungsbedingte Rundlauffehler zwischen Grundkörper 10 einerseits und der Einheit aus Spannfutter 20 und Schneidenträger 30 andererseits korrigieren.
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Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug 1 weist des Weiteren eine Einrichtung zur Kühlschmiermittelversorgung eines im Spannfutter 20 eingespannten Schneidwerkzeugs und der wenigstens einen Schneide am Schneidenträger 30 auf. Die Kühlschmiermittelzufuhr zu den Schneidelementen 38 am Schneidenträger 30 führt durch den zentrischen Kühlschmiermittelkanal 13 im Grundkörper 10, die im Grundkörper 10 angeordnete Längeneinstellschraube 14, den zwischen dem Grundkörper und dem Spannfutter eingeschlossenen Zylinderraum 16, die axialen Durchgangsbohrungen 25 im Spannfutter 20, den zwischen dem Spannfutter 20 und Schneidenträger 30 eingeschlossenen Zylinderraum 35 und zumindest in 2 nicht gezeigte Verbindungskanäle im Schneidenträger 30. Die Schneiden am zentrisch zu spannenden Schneidwerkzeug werden über ein im Schneidwerkzeug innenliegendes Kühlschmiermittelkanalsystem aus der Längeneinstellschraube mit Kühlschmiermittel versorgt.
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Der vorstehend beschriebene Aufbau ermöglicht es, aus den Funktionsmodulen: zentrales Schneidwerkzeug, Schneidenträger 30, Spannfutter 20 und Grundkörper 10 ein Schaftwerkzeug 1 äußerst flexibel axial modular zusammenzustellen. Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug 1 zeichnet sich also durch eine hohe Modularität aus, die das Arbeitsspektrum und den Einsatzbereich des Schaftwerkzeugs 1 vergrößert. Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug 1 ermöglicht den Austausch des Grundkörpers 10, Spannfutters 20, Schneidenträgers 30 und Schneidwerkzeugs voneinander unabhängig. Es lassen sich daher verschiedene Funktionsmodule äußerst flexibel zu einem integral handhabbar Schaftwerkzeug zusammenstellen.
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Durch die axiale Anflanschung, d. h. die axiale Befestigung der Module mittels und im Bereich der Flansche 21, 31, sieht das erfindungsgemäße Spannfutter 1 des Weiteren eine exzentrische axiale Verspannung der jeweiligen Module 10, 20, 30 vor. Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten zentrischen Verspannung lässt sich das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug 1 daher äußerst stabil axial modular aufbauen. Die erfindungsgemäße Anflanschung gestattet zudem eine einfache zu realisierende drehfeste Verbindung des Spannfutters 20, Schneidenträgers 30 und Grundkörpers 10 aneinander, ohne dass zusätzliche Mitnehmerelemente erforderlich wären.
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Des Weiteren wird durch die exzentrische axiale Verspannung der Module 10, 20, 30 die axiale Spannkraft auf mehrere um die Dreh- oder Längsmittelachse 2 herum verteilte Spannstellen verteilt, wodurch eine Konzentration der axialen Spannkraft auf beispielsweise ein im Spannfutter 20 zentrisch gespanntes Schneidwerkzeug unterbleibt. Des Weiteren wird durch die exzentrische Verspannung der verschiedenen Module des Schaftwerkzeugs 1 eine höhere Biegefestigkeit erhalten als bei einer zentrischen Verspannung mittels eines Zugankers.
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Weil die Verbindung im Bereich von Flanschen, also exzentrisch erfolgt, ist ferner eine zentrale Anordnung oder Ausbildung einer Einrichtung zur Kühlschmiermittelversorgung, insbesondere unter Einschluss der MMS(Minimalmengenschmierung)-Technik, entlang der Dreh- oder Längsmittelachse 2 des Schaftwerkzeugs 1 ermöglicht, wie die 2 zeigt.
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Selbstverständlich sind innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche Abweichungen von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform möglich.
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So kann der Grundkörper 10 auf seiner vom Spannfutter 20 und Schneidenträger 30 abgewandten Seite statt des oben erwähnten DIN-genormten HSK-Schafts 11 beispielsweise einen DIN-genormten SK-Schaft aufweisen.
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Des Weiteren kann das axial an den Grundkörper 10 angeflanschte Spannfutter 20 beispielsweise als ein Schrumpffutter oder Klemmspannfutter ausgebildet sein.
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Das im Spannfutter 20 zentrisch zu spannende Schneidwerkzeug kann beispielsweise ein Bohr-, Fräs- oder Faswerkzeug etc. sein.
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Anstelle eines monolithischen Aufbaus wie in der oben beschriebenen Ausführungsform kann das Schneidwerkzeug aus einem mit wenigstens einem Schneidelement bestückten zentralen Trägerkörper gebildet sein. Das wenigstens eine Schneidelement kann dabei beispielsweise aus einem plattenförmigen Schneideinsatz gebildet sein, der an einem entsprechend ausgebildeten Schneideinsatzsitz am Schneidenträger fixiert, z. B. festgeschraubt, verlötet oder verklebt, ist. Die Fixierung kann so ausgeführt sein, dass sie eine Justierung der radialen, axialen und/oder Winkellage des wenigstens einen Schneidelements gestattet.
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Der Schneidenträger 30 kann wie das Schneidwerkzeug monolithisch ausgebildet oder aus einem mit wenigstens einem Schneidelement bestückten Trägerkörper gebildet sein. Das wenigstens eine Schneidelement kann beispielsweise aus einem plattenförmigen Schneideinsatz in Form einer Wechsel- oder Wendeschneidplatte oder eines anderen Schneidkörpers gebildet sein, der an einem entsprechend ausgebildeten Schneideinsatzsitz am Schneidenträger 30 fixiert, z. B. festgeschraubt, verlötet oder verklebt, ist oder mittels einer Klemmpratze gehalten ist. Alternativ dazu kann das wenigstens eine Schneidelement auf einer nicht näher gezeigten Kassette befestigt (verlötet oder festgeschraubt) sein, die in einer entsprechend ausgebildeten Aufnahmetasche am Schneidenträger 30 fixiert ist. In jedem Fall kann die Fixierung so ausgeführt sein, dass sie eine Justierung der radialen, axialen und/oder Winkellage des wenigstens einen Schneidelements gestattet. Im Falle mehrerer Schneidelemente können diese auf mehreren Durchmessern angeordnet sein und axial und radial wirkende Schneidkanten aufweisen, die beispielsweise zur Bearbeitung eines Ventilsitzrings bzw. einer dafür vorgesehenen Bohrung im Zylinderkopf dienen. Des Weiteren kann der Schneidenträger 30 eine Kombination der oben diskutierten Schneidelemente und Schneideelementbefestigungen aufweisen.
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Beispiele hierfür sind in 9a bis 9e und 10a bis 10c gezeigt. Bei dem in 9a bis 9e gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Schneidenträger einen in 9c skizzierten Plattensitz zur Aufnahme und Befestigung einer Schneidplatte und um 180° um die Dreh- oder Längsmittelachse 2 versetzt einen in 9d skizzierten Kassettensitz zur Aufnahme und Befestigung einer Werkzeugkassette auf. Die 10a bis 10c zeigen ein Ausführungsbeispiel mit drei Werkzeugkassetten auf, die in einem Abstand von 120° um die Dreh- oder Längsmittelachse 2 herum verteilt sind (vgl. 10c: Schneide 1, Schneide 2, Schneide 3). 10b lässt einen schräg durch den Schneidenträgerkörper führenden Kühlschmiermittelkanal KSK erkennen der zu einem Kassettensitz führt.
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Das vorstehend beschriebene Schaftwerkzeug 1 ist als ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug ausgebildet, wobei die Längsmittelachse die Drehachse 2 bildet. Es kann alternativ dazu aber auch als stehendes Schaftwerkzeug eingesetzt werden.
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Die Erfindung schafft somit ein axial modular aufgebautes Schaftwerkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung wenigstens eines ersten, kleineren Durchmesserbereichs, z. B. einer Bohrung einer Ventilführungsbuchse, und eines zweiten, größeren Durchmesserbereichs, z. B. eines Ventilsitzes, mit einem sich entlang einer Längsmittelachse erstreckenden Grundkörper zum Ankuppeln an ein Modul eines modularen Werkzeugsystems (d. h. innerhalb einer Trennstelle eines modularen Werkzeugsystems) oder direkt an eine Maschinenspindel (d. h. innerhalb einer Schnittstelle), einem axial am Grundkörper angeordneten Spannfutter zum zentrischen Spannen eines Schneidwerkzeugs für die Bearbeitung des ersten Durchmesserbereichs, und einem axial am Spannfutter angeordneten Schneidenträger mit wenigstens einer exzentrisch angeordneten Schneide für die Bearbeitung des zweiten Durchmesserbereichs. Erfindungsgemäß ist das Spannfutter als ein austauschbares Modul axial an den Grundkörper und der Schneidenträger als ein weiteres austauschbares Modul axial an das Spannfutter angeflanscht, wobei unter einer Anflanschung die axiale Befestigung des Spannfutters am Grundkörper und des Schneidenträgers am Spannfutter jeweils mittels und in radialer Richtung im Bereich von am Spannfutter und Schneidenträger vorgesehenen Flanschen, d. h. exzentrisch, verstanden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaftwerkzeug
- 2
- Dreh- oder Längsmittelachse
- 10
- Grundkörper
- 11
- HSK-Schaft
- 11a
- Ringfläche
- 12
- Aufnahmeöffnung
- 13
- Kühlschmiermittelkanal
- 14
- Längeneinstellschraube
- 14a
- Kühlschmiermittelkanal
- 14b
- radialer Schlitz
- 15
- Gewindebohrung
- 16
- Zylinderraum
- 17
- Gewindebohrung
- 20
- Spannfutter
- 21
- Flansch
- 21a
- Ringfläche
- 21b
- Ringfläche
- 22a
- Verbindungszapfen
- 22b
- Verbindungszapfen
- 23
- Druckkammer
- 23a
- Trennwand
- 23b
- Spannbereich
- 24
- Durchgangsbohrung
- 25
- Durchgangsbohrung
- 26
- Gewindebohrung
- 30
- Schneidenträger
- 31
- Flansch
- 31a
- Ringfläche
- 32
- Aufnahmeöffnung
- 33
- Durchgangsbohrung
- 34
- Stufenbohrung
- 35
- Zylinderraum
- 36
- Durchgriff
- 36
- Gewindebohrungsabschnitt
- 37
- Madenschraube
- 38
- Schneidelement
- 39
- taschenartige Ausnehmung
- 40
- Spannschraube
- 41
- Kopf
- 42
- Schaft
- 50
- Winkelausrichteinheit
- 51
- Stellschraube
- 52
- Druckscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4008350 A1 [0003]
- DE 102006016290 A1 [0004, 0004]
