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Die Erfindung betrifft ein Planfräswerkzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, außerdem ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Planwerkzeuge der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen der Bearbeitung und/oder Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück. Auch sind Verfahren der hier angesprochenen Art bekannt. Beim Planfräsen wird ein um eine Mittelachse rotierender Fräskopf senkrecht zu dieser Mittelachse entlang einer in der Regel geradlinigen Bewegungsbahn gegenüber einem Werkstück derart verlagert, dass mittels mindestens einer an einer Umfangsfläche des Fräskopfs angeordneten geometrisch definierten Schneide Späne von dem Werkstück abgetragen werden. Bei der Bearbeitung des Werkstücks wird der Fräskopf nicht in Richtung seiner Mittelachse verlagert, sodass eine Planfläche an dem Werkstück bearbeitet oder hergestellt wird. Planflächen der hier angesprochenen Art dienen in vielen Fällen als Gleitflächen oder auch als Dichtflächen, beispielsweise an Zylinderköpfen oder Zylinderblöcken. Es hat sich herausgestellt, dass häufig die Rauheit der mittels des Fräskopfs bearbeiteten oder erzeugten Planfläche keine optimalen Gleit- oder Dichteigenschaften gewährleistet. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Werkstück im Bereich der Planfläche Aluminium, insbesondere in Gießverfahren hergestelltes Aluminium aufweist oder gänzlich aus diesem Material besteht. Es kommt nämlich vor, dass insbesondere bei Werkstücken dieser Art Blasen beziehungsweise kleine Poren vorhanden sind, die beim Planfräsen des Werkstücks sich in die bearbeitete beziehungsweise hergestellte Planfläche öffnen. Diese beeinträchtigen die Oberflächenqualität der Planfläche, sodass optimale Gleiteigenschaften und insbesondere keine optimalen Dichteigenschaften gewährleistet werden können, wie sie gerade bei Zylinderköpfen und Zylinderblöcken gefordert sind.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Planfräswerkzeug der oben genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem die genannten Nachteile bei der Bearbeitung und/oder Herstellung von Planflächen an Werkstücken zumindest reduziert, vorzugsweise beseitigt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Planfräswerkzeug der oben genannten Art vorgeschlagen, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist, also mindestens eine geometrisch definierte Schneide aufweist und sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich einer Stirnfläche des Fräskopfs mindestens ein Umformkörper vorgesehen ist, der, in Richtung der Mittelachse des Fräskopfs gesehen, über die mindestens eine Schneide vorsteht. Die Stirnfläche ist so angeordnet, dass eine Mittelachse des Fräskopfs auf dieser senkrecht steht. Bei Einsatz eines derartigen Planfräswerkzeugs wird mittels der mindestens einen geometrisch definierten Schneide während eines Planfräsvorgangs eine Oberfläche an einem Werkstück durch spanende Bearbeitung bearbeitet oder hergestellt, die eine gewisse Rauheit aufweist. Die mindestens eine Schneide steht nicht nur über die Stirnfläche, sondern auch über eine Umfangsfläche des Fräskopfs vor. Durch den mindestens einen im Bereich der Stirnfläche des Fräskopfs vorgesehenen Umformkörper, der in Richtung der Mittelachse über die Schneide vorsteht, wird die von der Schneide bearbeitete beziehungsweise erzeugte Oberfläche mittels des Umformkörpers nachbearbeitet. Dies geschieht dadurch, dass der Umformkörper Material der von der mindestens einen Schneide erzeugten Oberfläche verdrängt, sodass nach der Bearbeitung mittels der Schneide verbleibende Stege geglättet werden und das Material der Stege in den Bereich der Unebenheiten gedrückt wird. Dies gilt auch für Vertiefungen in der Mittels der Schneide bearbeiteten Oberfläche: Material von Stegen, die nach der Bearbeitung mittels dem mindestens einen Schneide verbleiben, wird in die sich in die Oberfläche öffnenden Poren hineingedrängt. Der mindestens eine Umformkörper dient also einer spanlosen Umformung von Material, durch die nach der Bearbeitung mittels der mindestens einen Schneide verbleibende Unebenheiten und auch Poren quasi zugeschmiert werden. In anderen Worten: die nach Bearbeitung der mittels mindestens einen Schneide entstehende Oberfläche mit einer gewissen Rauheit wird plastisch umgeformt. Dabei werden Vertiefungen in der mittels der Schneide erzeugten Oberfläche durch spanlose Umformung ausgefüllt, sodass eine sehr glatte Planfläche entsteht. Das Umformen von Material des Werkstücks im Bereich der bearbeiteten beziehungsweise hergestellten Oberfläche ist bei duktilen Materialien, also insbesondere bei Aluminium, leicht möglich.
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Mit dem Begriff „Oberfläche“ wird hier grundsätzlich die Fläche bezeichnet, die durch die mindestens eine Schneide des Planfräswerkzeugs erzeugt wurde. Es handelt sich hier um eine ebene Fläche, die auch allgemein als Planfläche bezeichnet wird. In dem hier gegebenen Zusammenhang wird mit dem Begriff „Planfläche“ allerdings grundsätzlich erst die fertig bearbeitete beziehungsweise hergestellte Fläche an einem Werkstück bezeichnet, die nach der spanlosen Bearbeitung der Oberfläche durch den mindestens einen Umformkörper gegeben ist und sich durch eine sehr geringe Rauheit auszeichnet. Mit anderen Worten: Der Begriff „Oberfläche“ bezeichnet eine durch die mindestens eine Schneide erzeugte vorbearbeitete Planfläche. Der Begriff „Planfläche“ bezeichnet in dem hier vorliegenden Zusammenhang dann die fertig bearbeitete Planfläche eines Werkstücks.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Planfräswerkzeugs ist vorgesehen, dass die Anzahl der Umformkörper größer ist als die der Schneiden, insbesondere wesentlich größer ist. Durch diese Ausgestaltung wird gewährleistet, dass die mittels der mindestens einen Schneide erzeugte Oberfläche besonders gut geglättet wird, sodass verbleibende Unebenheiten, insbesondere auch Poren durch spanlose, plastische Umformung ausgeglichen werden und eine Planfläche mit geringer Rauheit vorliegt.
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Durch die Wahl der Anzahl der Schneiden kann die Rauheit der bearbeiteten beziehungsweise hergestellten Oberfläche vorbestimmt werden. Je mehr Schneiden an dem Fräskopf vorgesehen sind, umso glatter wird bereits die von den Umformkörpern nach zu bearbeitende Oberfläche. Dadurch, dass die Anzahl der Umformkörper größer ist als die der Schneiden, wird sichergestellt, dass durch die plastische Verformung Unebenheiten und auch Poren in der mittels der Schneiden erzeugten Oberfläche sehr gut ausgeglichen werden und eine sehr glatte Planfläche vorliegt.
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Grundsätzlich kann die mindestens eine geometrisch definierte Schneide, wie auch die Anzahl der am Fräskopf vorgesehenen Schneiden unmittelbar aus dem Grundkörper des Fräskopfs auf bekannte Weise herausgearbeitet werden. Bei einem Verschleiß der mindestens einen Schneide beziehungsweise einer Anzahl von Schneiden kann nachgeschliffen werden. Dies führt jedoch dazu, dass der Durchmesser des Flugkreises der mindestens einen Schneiden beziehungsweise der Anzahl von Schneiden kleiner wird.
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Darüber hinaus sind die Anforderungen an die mindestens eine Schneide höher als die, die an den übrigen Bereich des Fräskopfs gestellt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schneiden aus einem sehr harten widerstandsfähigen Material bestehen sollten, während der übrige Grundkörper des Fräskopfs aus einem weicheren, insbesondere auch elastischen Material bestehen kann. Daher ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Planfräswerkzeugs vorgesehen, dass die mindestens eine Schneide an einem an dem Fräskörper anbringbaren Schneideinsatz realisiert ist. Dieser kann auf geeignete, bekannte Weise am Fräskopf angebracht werden. Vorzugsweise ist in den Grundkörper des Fräskopfs eine als Aufnahmebereich dienende Vertiefung eingebracht, sei es durch Schleifen, Fräsen oder durch Erosion, in die der Schneideinsatz eingesetzt wird. Dieser kann an dem Fräskopf auf bekannte Weise, sei es durch Kleben, Löten oder mittels einer Schraube befestigt werden.
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Bei Verschleiß der Scheide kann der Schneideinsatz einfach ausgetauscht werden.
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Die Ausgestaltung der Schneide an einem Schneideinsatz hat auch den Vorteil, dass die Position der Schneide in axialer und/oder in radialer Richtung, bezogen auf die Mittelachse, einstellbar sein kann.
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Die mindestens eine geometrisch definierte Schneide steht nicht nur über die Umfangsfläche des Fräskopfs, sondern in der Regel auch über dessen Stirnseite vor.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Planfräswerkzeugs ist vorgesehen, dass der mindestens eine Umformkörper als Umformstift ausgebildet ist, der an dem Fräskopf befestigt vorzugsweise in diesen eingesetzt wird. Dabei ist es auch hier möglich, den Umformkörper auf geeignete, bekannte Weise mittels Kleben, Löten, mittels eines Gewindes oder mittels einer beispielsweise eine Spannschraube aufweisenden Spaneinrichtung zu befestigen. Vorzugsweise ist der Umformkörper so an dem Fräskopf angebracht, dass dessen Position insbesondere in axialer Richtung gegebenenfalls aber auch in radialer Richtung, bezogen auf die Mittelachse des Fräskopfs, einstellbar ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der mindestens eine Umformkörper – in Richtung der Mittelachse gesehen – etwas über die mindestens eine geometrisch definierte Schneide vorsteht, also in axialer Richtung. Durch diese Anordnung des Umformkörpers ist es möglich, dass dieser die von der mindestens einen Schneide erzeugte Oberfläche durch spanlose Umformung bearbeitet und Material der Oberfläche derart verdrängt, dass verbleibende Rinnen und Rillen, aber auch Poren durch verdrängtes Material ausgeglichen werden, sodass eine glatte Planfläche geschaffen wird. Der Grad der spanlosen Umformung im Bereich der mittels der mindestens einen Schneide erzeugten Oberfläche kann durch das Maß des axialen Überstandes des Umformkörpers gegenüber der Schneide vorbestimmt werden.
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Das hier angesprochene Planfräswerkzeug weist also mindestens eine über die Stirnfläche des Fräskopfs vorstehende geometrisch definierte Schneide auf, außerdem mindestens einen Umformkörper, der ebenfalls über diese Stirnfläche hinaussteht, allerdings etwas weiter als die mindestens eine geometrisch definierte Schneide. Bei Einsatz des Planfräswerkzeugs tritt also zum einen der Bereich der mindestens einen Schneide, der über die Umfangsfläche des Fräskopfs hinaussteht, mit dem Werkstück in Eingriff, zum anderen treten der Bereich der mindestens einen Schneide, welcher die Stirnfläche überragt, und auch der ebenfalls die Stirnfläche überragende mindestens eine Umformkörper mit dem Werkstück in Eingriff.
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Bevorzugt wird ein Ausführungsbespiel des Planfräswerkzeugs, bei dem mehrere Schneiden auf einer gedachten ersten Kreislinie liegen und mehrere Umformkörper auf einer oder mehreren Kreislinien angeordnet sind, deren Radius kleiner ist als der der ersten Kreislinie, auf welcher die Scheiden angeordnet sind. Die Kreislinien der Schneiden und Umformkörper sind konzentrisch zueinander und zur Mittelachse angeordnet. Vorzugsweise sind die Umformkörper auf einer einzigen gedachten Kreislinie angeordnet, deren Durchmesser möglichst groß gewählt wird, damit der bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer Planfläche mittels der Umformkörper bearbeitete Streifen möglichst breit wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Bearbeitung und/oder Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück zu schaffen, mit dem die genannten Nachteile zumindest reduziert, vorzugsweise beseitigt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Bearbeitung und/oder Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück vorgeschlagen, welches vorzugsweise mittels eine Planfräswerkzeugs durchgeführt wird, das oben abgehandelt wurde, und welches die in Anspruch 9 aufgeführten Schritte umfasst.
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Bei dem Verfahren zur Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück wird ein um seine Mittelachse rotierender Fräskörper eines Planfräswerkzeugs senkrecht zu dieser Achse gegenüber einem Werkstück verlagert, wobei in der Regel eine axiale Verlagerung des Fräskopfs während der Bearbeitung nicht vorgesehen ist. Der Fräskopf weist mindestens eine geometrisch definierte Schneide auf, die über die Umfangsfläche und die Stirnfläche des Fräskopfs hinaussteht und an dem Werkstück eine Oberfläche mit einer gewissen Rauheit mittels spanender Bearbeitung erzeugt. Diese Oberfläche wird mittels mindestens eines Umformkörpers, der im Bereich einer Stirnfläche des Fräskopfs vorgesehen ist, durch spanlose Umformung geglättet, um die fertige Planfläche zu erzeugen.
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Bei der Bearbeitung einer Fläche an einem Werkstück mittels mindestens einer Schneide wird eine Oberfläche geschaffen, die naturgemäß nicht vollkommen glatt ist. Es verbleiben vielmehr kleine Erhebungen, wobei die Höhe und Breite der Erhebungen unter anderem davon abhängt, wie das Verhältnis von Rotation des Fräskopfs zur Translation gewählt wird. Zwischen den Erhebungen ergeben sich rinnenförmige Vertiefungen. Gerade bei der Bearbeitung von Aluminium, also von Werkstücken, die zumindest bereichsweise Aluminium aufweisen oder aber vollständig aus Aluminium bestehen, tritt das Problem auf, dass insbesondere bei Bauteilen, die im Gießverfahren hergestellt sind, in der bearbeiteten Oberfläche durch Blasen beziehungsweise Poren in dem Aluminiummaterial Vertiefungen verbleiben. Soll also die erzeugte Oberfläche als Gleitfläche dienen oder aber beispielsweise bei Zylinderköpfen oder Zylinderblöcken als Dichtfläche, sind nicht nur die üblichen Erhöhungen und Vertiefungen problematisch, sondern insbesondere durch Blasen beziehungsweise Poren verbleibende Vertiefungen. Dadurch, dass die bearbeitete beziehungsweise hergestellte Oberfläche an dem Werkstück mittels mindestens eines Umformkörpers spanlos nachbearbeitet wird, werden Vertiefungen ausgeglichen. Dabei erfolgt mittels des mindestens einen Umformkörpers eine spanlose Umformung des im Bereich der mittels der mindestens einen Schneide bearbeiteten Materials des Werkstücks. Durch eine derartige spanlose, plastische Umformung wird die mittels der mindestens einen Schneide erzeugte Oberfläche geglättet, wobei Material des Werkstücks in rinnenförmige Vertiefungen und Blasen beziehungsweise Poren hineingedrückt wird. Eine derartige spanlose, plastische Umformung ist besonders bei der Bearbeitung von Aluminium möglich, was sich durch seine duktilen Eigenschaften auszeichnet. Durch diesen Bearbeitungsabschnitt wird die fertige Planfläche bereitgestellt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die spanende Bearbeitung mittels einer Anzahl von geometrisch definierten Schneiden und einer Anzahl von Umformkörpern erfolgt, wobei die Anzahl der Schneiden vorzugsweise größer, insbesondere wesentlich größer ist, als die der Schneiden. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist sichergestellt, dass eine besonders gute Glättung der von den Schneiden erzeugten Oberflächen erfolgt und Vertiefungen durch spanlose Umformung des Materials des Werkstücks auch Poren, sehr gut ausgeglichen werden.
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Die Anzahl der Schneiden kann bei der Durchführung des Verfahrens so gewählt werden, dass die von diesen erzeugte Oberfläche schon eine relativ geringe Rauheit aufweist. Je größer die Anzahl der Schneiden gewählt wird, umso glatter wird die Oberfläche. Die nachfolgende Umformung des Materials des Werkstücks mittels der Umformkörper führt daher zu einer sehr glatten fertigen Planfläche.
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Bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung der Planfläche ist der mindestens eine Umformkörper – in Richtung der Mittelachse gesehen – gegenüber der mindestens einen Schneide derart versetzt, dass er über die Schneide vorsteht. Dabei wird der axiale Überstand des Umformkörpers gegenüber der Schneide so gewählt, dass bestehende Unebenheiten in der Oberfläche sehr gut durch spanlose Umformung ausgeglichen werden. Je größer der Überstand ist, umso mehr Material kann im Bereich der Oberfläche plastisch umgeformt werden, um Unebenheiten, auch Poren, auszugleichen.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens wird deshalb bevorzugt, weil bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung der Planfläche eine Anzahl von Schneiden auf einer ersten gedachten Kreislinie angeordnet sind und eine Anzahl von Umformkörpern auf einer oder mehreren gedachten Kreislinien, wobei der Durchmesser der ersten Kreislinie, auf welcher die Schneiden liegen, größer ist als die der Kreislinie beziehungsweise Kreislinien, auf welcher eine Anzahl von Umformkörpern angeordnet ist. Vorzugsweise werden die Umformkörper auf einer gedachten Kreislinie angeordnet, die möglichst groß ist, sodass bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer Planfläche ein möglichst breiter Streifen der von den Schneiden erzeugten Oberfläche geglättet wird. Die Kreislinien, auf denen die Schneiden und Umformkörper angeordnet sind, sind konzentrisch zueinander und zur Mittelachse des Fräskopfes angeordnet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Vorderansicht eines Planfräswerk zeugs und
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2 eine Stirnseitenansicht des in 1 wiedergegebenen Planwerkzeugs.
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1 zeigt ein Planfräswerkzeug 1 in perspektivischer Vorderansicht mit einem Fräskopf 3, welcher eine Umfangsfläche 5 sowie eine Stirnfläche 7 aufweist. Die Umfangsfläche 5 ist konzentrisch zu einer hier nicht dargestellten Mittelachse des Fräskopfs 3 angeordnet, die auch dessen Drehachse bei der Bearbeitung eines Werkstücks darstellt. Diese steht senkrecht auf der Stirnfläche 7.
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Der Fräskopf 3 weist mindestens eine geometrisch definierte Schneide 9 auf. Er ist also, anders als ein Schleifwerkzeug nicht mit mehr oder weniger unregelmäßig ausgeformten Schleifkörpern versehen, sondern mit Schneiden, die sich linienförmig über eine gewisse Länge erstrecken. Der Fräskopf 3 des hier dargestellten Ausführungsbeispiels des Planfräswerkzeugs 1 weist sechs in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander angeordnete Schneiden 9 auf. Zur Vereinfachung ist lediglich eine einzige der Schneiden mit der Bezugsziffer 9 versehen. Die Schneiden 9 ragen etwas über die Umfangsfläche 5 vor, wie dies für Planfräswerkzeuge der hier angesprochenen Art bekannt ist. Überdies ragen sie in der Regel auch, in Richtung der hier nicht dargestellten Mittelachse gesehen, etwas über die Stirnfläche 7 vor.
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Das Planfräswerkzeug 1 weist mindestens einen Spanraum 11 auf, der der mindestens einen Schneide 9 zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Schneiden und Spanräume gleich.
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Den Schneiden 9 ist gemäß 1 jeweils ein Spanraum 11 zugeordnet, in den die bei der spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels des Planfräswerkzeugs 1 erzeugte Späne gelangen und abtransportiert werden. Auch hier ist lediglich einer der hier dargestellten Spanräume mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. Es ist vorgesehen, dass jeder Schneide 9 ein Spanraum 11 zugeordnet ist.
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Grundsätzlich können die Schneiden 9 unmittelbar aus dem Fräskopf 3 durch spanabtragende Herstellungsverfahren oder durch Drahterosion oder mittels eines Lasers herausgearbeitet werden. Die Darstellung gemäß 1 zeigt, dass ein Planfräswerkzeug 1 der hier angesprochenen Art vorzugsweise mit mindestens einem Schneideinsatz 13 versehen ist, an dem die Schneide 9 vorgesehen ist. Das hier dargestellte Planfräswerkzeug 1 weist beispielhaft sechs Schneideinsätze auf. Von den sechs Schneideinsätzen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einer mit der Bezugsziffer 13 versehen.
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Die Schneideinsätze 13 können auf beliebige bekannte Weise am Fräskopf befestigt werden, der mit mindestens einer, hier mit sechs Ausnehmungen 15 ausgestattet ist, die in die Umfangsfläche 5 hineingearbeitet sind und eine Innenkontur aufweisen, welche der Außenkontur eines Schneideinsatzes 13 entsprechen. In diese Ausnehmungen 15 ist jeweils ein Schneideinsatz 13 eingesetzt. Die Schneideinsätze 13 können durch Kleben, Löten oder, wie hier dargestellt mittels einer Spannschraube 17 am Fräskopf 3 befestigt werden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durchdringen die Spannschrauben 17 die im wesentlichen plattenförmig ausgebildeten Schneideinsätze 13, wobei die Spannschrauben 17 senkrecht zu deren Oberfläche 19 verlaufen und im Wesentlichen radial zu der hier nicht dargestellten Mittelachse.
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Die Schneideinsätze 13 sind tangential bezüglich der Umfangsfläche 5 angeordnet, sodass sich die Umfangsfläche 5 praktisch in der Oberfläche 19 der Schneideinsätze 13 fortsetzt.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, die Schneideinsätze 13 in radial zu der gedachten Mittellinie verlaufenden Schlitzen unterzubringen und am Fräskopf 3 zu befestigen.
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Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass die Schneideinsätze 13 ein Schneidelement 14 umfassen, welches in den Grundkörper der Schneideinsätze 13 eingesetzt und auf geeignete Weise befestigt ist. Das Schneidelement 14 besteht vorzugsweise aus besonders widerstandsfähigem und verschleißarmem Material, insbesondere aus Diamant, aus polykristallinem kubischem Bohrnitrit (PcBn) oder aus polykristallinem Diamant (PKD) oder aus sonstigen bekannten sehr widerstandsfähigen Materialien.
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Das Schneidelement 14 ist auf geeignete bekannte Weise in den Schneideinsatz 13 eingesetzt, vorzugsweise in eine Vertiefung, deren Innenkontur der Außenkontur des Schneidelements 14 entspricht. Schneidelemente 14 der hier angesprochenen Art sind bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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Der Fräskopf 3 weist mindestens einen im Bereich seiner Stirnfläche 7 angeordneten Umformkörper 21 auf, der – in Richtung der Mittelachse gesehen – über die mindestens eine Schneide 9 vorsteht, die ebenfalls die Stirnfläche 7 überragt.
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Grundsätzlich ist es möglich, ein Planfräswerkzeug 1 mit mindestens einer geometrisch definierten Schneide 9 und mindestens einem Umformkörper 21 zu realisieren. Vorzugsweise ist, wie hier dargestellt, jedoch eine Anzahl von Schneiden 9 und eine Anzahl von Umformkörpern 21 vorgesehen, wobei die Anzahl der Umformkörper 21 vorzugsweise größer, insbesondere wesentlich größer ist als die der Schneiden 9. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Planfräswerkzeug 1, wie gesagt, sechs Schneiden 9 auf. Außerdem sind hier zwölf Umformkörper 21 vorgesehen, von denen nur einer aus Gründen der Übersichtlichkeit mit der Bezugsziffer 21 versehen ist.
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Die Umformkörper 21 weisen einen mit der von der mindestens einen Schneide 9 erzeugten Oberfläche in Eingriff tretenden Umformbereich 23 auf, der vorzugsweise gewölbt ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass im Umformbereich 23 eine harte Oberfläche realisiert wird, beispielsweise durch eine Beschichtung oder durch ein den Umformbereich 23 bildendes Element, welches in den Umformkörper 21 eingesetzt wird, oder durch ein in dem Umformbereich 23 eingesetztes Element. Besonderes bevorzugt werden hier Diamantbeschichtungen beziehungsweise in den Umformkörper 21 eingesetzte Diamanten.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Umformkörper 21 als Umformstift ausgebildet, der im Wesentlichen einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der in den Fräskopf 3 eingesetzt ist. Der zylindrische Abschnitt kann durch eine Befestigungshülse realisiert werden, die in den Fräskopf 3 in eine zylindrische Ausnehmung 24 eingesetzt ist. Die Befestigung kann durch ein Gewinde, nämlich ein Innengewinde in der Ausnehmung 24 und ein Außengewinde am Umformkörper 21, realisiert werden, sodass der Umformkörper 21 senkrecht zur Stirnfläche 7 verlagerbar ist, um den – in Richtung der Mittelachse gesehen – axialen Überstand über die Stirnfläche 7 einstellbar zu machen. Möglich ist es auch, den Umformkörper 21 in eine zylindrische Bohrung im Fräskopf 3 einzusetzen und dort mittels einer Spanneinrichtung, beispielsweise einer Spannschraube, zu befestigen, welche in einer ein Innengewinde aufweisenden Bohrung 27 untergebracht ist, welche die den Umformkörper 21 aufnehmende Ausnehmung 24 schneidet. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die den Umformkörper 21 aufnehmende Ausnehmung 24 im Wesentlichen parallel zur Mittelachse verläuft und die die Spannschraube 25 aufnehmende Bohrung 27 im Wesentlichen senkrecht dazu. Schließlich ist es möglich dem Umformkörper 21 auf andere bekannte Weise zu befestigen, beispielsweise durch Kleben oder Löten. In diesem Fall wird auf eine axiale Einstellbarkeit in Richtung der Mittelachse verzichtet.
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Der Umformkörper 21 kann zweiteilig ausgebildet sein und eine in die zylindrische Ausnehmung 24 einsetzbare Befestigungshülse aufweisen, in welcher sich ein Zentralkörper befindet, dessen über die Befestigungshülse vorstehender Abschnitt den Umformbereich 23 bildet.
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Möglich ist es auch, den Umformkörper 21 einstückig auszubilden. Dieser einstückige Umformkörper 21 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und in die zylindrische Ausnehmung 24 eingebracht und am Fräskopf 3 befestigt. Die Stirnseite 29 dieses Umformkörpers 21 weist einen zentralen abgesetzten Abschnitt auf, der über die Stirnseite 29 hinaussteht und dessen Ende den Umformbereich 23 bildet.
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Für die Realisierung des Planfräswerkzeugs 1 ist letztlich die Ausgestaltung des Umformkörpers 21 irrelevant. Entscheidend ist, dass dieser einen Umformbereich 23 aufweist, der – in Richtung der Mittelachse gesehen – also axial, über die Stirnfläche 7 etwas weiter hinausragt, als die Schneide 9.
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Vorteilhaft ist es den Umformkörper 21 in axialer Richtung, also in Richtung der Mittelachse gesehen, einstellbar auszugestalten, sodass der axiale Überstand über die Stirnfläche 7 des Umformbereichs 23 bei einem Verschleiß des Umformkörpers 21 nachjustiert werden kann. Außerdem ist es auf diese Weise möglich, den Überstand des Umformbereichs 23 an den Grad der Umformung der von der mindestens einen Schneide 9 erzeugten Oberfläche vorzugeben, damit bei Einsatz des Planfräswerkzeugs 1 durch spanlose Umformung der Oberfläche eine optimale Planfläche geschaffen wird. Mit optimal wird hier beschrieben, dass Vertiefungen in der geschaffenen Planfläche und auch Blasen beziehungsweise Poren möglichst weitgehend, zumindest bis zum Erreichen einer gewünschten Rauheit ausgeglichen werden durch die plastische Umformung, die durch Eingriff des Umformbereiches 23 mit der durch die Schneide 9 erzeugten Oberfläche gegeben ist.
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1 ist zu entnehmen, dass die mindestens eine Schneide 9, hier die Anzahl der Schneiden auf einer ersten gedachten Kreislinie angeordnet sind und der mindestens eine Umformkörper 21, hier die Anzahl der Umformkörper auf einer konzentrisch zur ersten Kreislinie angeordneten Kreislinie, die konzentrisch zu der hier durch einen Punkt P angedeuteten Mittelachse angeordnet sind. Dabei weist die ebenfalls konzentrisch zur Mittelachse angeordnete gedachte erste Kreislinie, auf der die mindestens eine Schneide 9 beziehungsweise die Anzahl von Schneiden angeordnet ist, einen größeren Radius auf, als die gedachte Kreislinie, auf welcher der mindestens eine Umformkörper 21 beziehungsweise die Anzahl von Umformkörpern angeordnet ist. Dabei liegt insbesondere der Umformbereich 23 des mindestens einen Umformkörpers 21 auf dieser gedachten Kreislinie, beziehungsweise die Umformbereiche 23 der Anzahl von Umformkörpern 21 liegen auf dieser gedachten Kreislinie.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die gedachte Kreisbahn, auf welcher der mindestens eine Umformkörper 21 beziehungsweise die hier dargestellte Anzahl von Umformkörpern angeordnet ist, möglichst groß gewählt wird.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Stirnfläche 7 außen mindestens eine umlaufende Fase 31 auf, die, ausgehend von der Stirnfläche 7, nach außen in Richtung auf die Umfangfläche 5 abfällt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fase 31 in ihrem äußersten Bereich einen Abschnitt 33 umfasst, welcher steiler in Richtung auf die Umfangsfläche 5 abfällt, als die übrige Fase 31.
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Im inneren, die Mittelachse umgebenden Bereich der Stirnfläche 7 kann eine vorzugsweise kreisrunde Vertiefung 35 vorgesehen sein, deren Boden 37 in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zur Stirnfläche 7 derart verläuft, dass auch auf dem Boden 37 die Mittelachse senkrecht steht, wie dies der Fall ist bei der Ebene, in welcher die Stirnfläche 7 liegt.
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2 zeigt das Planfräswerkzeug gemäß 1 in Draufsicht. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit identischen Bezugsziffern versehen, sodass auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Gemäß 2 ist das Planfräswerkzeug 1 mit dem Fräskopf 3 zu erkennen, außerdem die Umfangsfläche 5 sowie die Stirnfläche 7 des Fräskopfs 3. Die in 2 dargestellte Anzahl von Schneiden ist deutlich zu ersehen, wobei auch hier lediglich eine Schneide mit der Bezugsziffer 9 aus Gründen der Übersichtlichkeit versehen ist.
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Der Darstellung sind auch die Umformkörper 21 zu entnehmen, wobei auch hier aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einer der Umformkörper mit der Bezugsziffer 21 versehen ist. Der Draufsicht ist zu entnehmen, dass hier die Umformkörper 21 so ausgebildet sind, dass der Umformbereich 23 vorzugsweise konzentrisch zu deren senkrecht zur Bildebene von 2 verlaufenden Umfangsfläche 39 verläuft.
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Die Anzahl der Schneiden 9 ist auf einer ersten gedachten Kreislinie angeordnet, die Anzahl der Umformkörper 21 auf einer zweiten gedachten Kreislinie. Denkbar ist es auch, anders als hier dargestellt, die Umformkörper 21 auf zwei oder mehr konzentrischen Kreislinien mit unterschiedlichem Radius anzuordnen. Zu erkennen ist, dass der Radius der ersten gedachten Kreislinie auf welcher die Schneiden 9 liegen, größer ist als der Radius der zweiten gedachten Kreislinie auf der hier die Umformkörper 21 angeordnet sind. Beide Kreislinien sind konzentrisch zueinander und zu der durch einen Punkt P gekennzeichneten Mittelachse des Fräskörpers 3, die im Betrieb des Planfräswerkzeugs 1 dessen Drehachse bildet, angeordnet.
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Im Betrieb dreht sich das Planfräswerkzeug 1, wie durch einen Pfeil 41 angedeutet, gegen den Uhrzeigersinn, sodass von der mindestens einen Schneide, hier also von der Anzahl von Schneiden 9 von einem Werkstück abgetragene Späne in den Spanraum 11 gelangen. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder der Schneiden ein eigener Spanraum zugeordnet.
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Bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer Planfläche an einem hier nicht dargestellten Werkstück wird das Planfräswerkzeug 1 senkrecht zur Mittelachse verlagert, hier zu 2 beispielhaft nach oben, was durch einen Pfeil 43 angedeutet ist.
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Im Folgenden wird auf die Funktionsweise des anhand der 1 und 2 erläuterten Planfräswerkzeugs 1 näher eingegangen, außerdem auf ein Verfahren zur Bearbeitung und/oder Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück. Beim Planfräsen wird das Planfräswerkzeug 1 in Rotation versetzt. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel ist so ausgebildet, dass es bei der Bearbeitung eines Werkstücks also gegen den Uhrzeigersinn rotiert, wie durch den Pfeil 41 angedeutet. Dadurch gelangen von der mindestens einen Schneide 9, hier von der Anzahl von Schneiden 9 abgetragene Späne in die den Schneiden voreilenden Spanräume 11. Die mindestens eine Schneide 9 beziehungsweise die Anzahl von Schneiden 9 rotiert um die die Drehachse des Fräskopfs 3 darstellende Mittelachse, die in den 1 und 2 durch einen Punkt P angedeutet ist. Bei einer Rotation des Planfräswerkzeugs rotiert der mindestens eine Umformkörper 21, hier also die Anzahl von Umformkörpern 21 auf einer Kreisbahn, die konzentrisch zu der ersten Kreisbahn verläuft, auf welcher die mindestens eine Schneide 9 angeordnet ist. Die Kreisbahnen liegen auch konzentrisch zur Mittelachse.
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Bei einer Translationsbewegung beziehungsweise Vorschubbewegung des Planfräswerkzeugs 1 senkrecht zu dessen Mittelachse kommt zunächst die mindestens eine Schneide 9 beziehungsweise die Anzahl von Schneiden 9 mit dem zu bearbeitenden Werkstück in Eingriff, sodass eine vorbearbeitete Oberfläche an dem Werkstück entsteht. Da, bezüglich, der entlang des Pfeils 43 verlaufenden Translationsbewegung gesehen, der mindestens eine Umformkörper 21 beziehungsweise die Anzahl von Umformkörpern 21 der mindestens einen Schneide 9 beziehungsweise der Anzahl von Schneiden nacheilt, kommt der mindestens eine Umformkörper erst nach der mindestens eine Schneide 9 mit dem Werkstück in Eingriff und bearbeitet die von der mindestens einen Schneide 9 erzeugte Oberfläche, sodass die fertig bearbeitete Planfläche entsteht. Da der mindestens eine Umformkörper 21 gegenüber der mindestens einen Schneide 9 in Richtung der Mittelachse gesehen vorspringt, also in Richtung auf den Betrachter von 2, wird der mindestens eine Umformkörper 21 mit seinem Umformbereich 23 mit der von der mindestens einen Schneide 9 bearbeiteten Oberfläche in Eingriff gebracht. Da eine Ausweichbewegung des Planfräswerkzeugs 1 in Richtung der Mittelachse durch entsprechende Haltekräfte einer das Planfräswerkzeug 1 aufnehmenden und antreibenden Werkzeugmaschine vermieden wird, wird der mindestens eine Umformkörper 21 mit seinem Umformbereich 23 gegen die von der mindestens einen Schneide 9 erzeugte Oberfläche angedrückt, sodass eine spanlose Umformung dieser Oberfläche erfolgt. Das Material des Werkstücks wird durch den Umformbereich 23 des mindestens einen Umformkörpers 21 plastisch verformt und in Vertiefungen, sei es rinnenförmige Vertiefungen zwischen Erhebungen oder Vertiefungen aufgrund von Blasen oder Poren hineingedrückt, sodass eine sehr glatte Planfläche realisiert wird, sei es beim Bearbeiten einer bestehenden Planfläche an einem Werkstück oder aber bei der Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück.
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Vorzugsweise ist, wie in den Figuren dargestellt, vorgesehen, dass das Planwerkzeug 1 eine Anzahl von Schneiden 9 und auch eine Anzahl von Umformkörpern 21 aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Anzahl der Umformkörper 21 größer, insbesondere wesentlich größer ist als die der Schneiden 9. Bevorzugt wird ein Planfräswerkzeug 1, welches, wie dargestellt, eine Anzahl von Schneiden 9 und eine doppelt so große Anzahl von Umformkörpern 21 aufweist, wobei das hier dargestellte Ausführungsbeispiele sechs Schneiden 9 und zwölf Umformkörper 21 umfasst.
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Die Rauheit der durch die mindestens eine Schneide 9 erzeugten Oberfläche an einem Werkstück wird nicht nur von der Drehzahl und der Translationsgeschwindigkeit des Planfräswerkzeugs 1 beeinflusst, sondern auch von der Dicke der von dem Werkstück abgetragenen Schicht, insbesondere auch durch die Anzahl der Schneiden 9. Es ist also möglich, durch entsprechende Wahl der Anzahl von Schneiden 9 eine definierte Rauheit der erzeugten Oberfläche vorzugeben, die dann von der Anzahl von Umformkörpern 21 spanlos, insbesondere plastisch umgeformt wird. Besonders leicht ist eine plastische Umformung im Bereich der geschaffenen Oberfläche möglich, wenn diese durch Bearbeitung eines Aluminiumkörpers erzeugt wird. Dabei kann vorgesehen werden, dass ein Werkstück zumindest im Bereich der zu bearbeitenden beziehungsweise zu erzeugenden Planfläche Aluminium aufweist oder vollständig aus diesem Material besteht.
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Bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück wird also, wie oben erläutert, zunächst durch mindestens eine Schneide 9 eine Oberfläche mit einer definierten Rauheit erzeugt. Nachfolgend, bei einem weiteren translatorischen Vorschub in Richtung des Pfeils 43 des Planfräswerkzeugs 1 wird die erzeugte Oberfläche von dem mindestens einen Umformkörper 21 spanlos nachgearbeitet, sodass damit die fertige Planfläche entsteht, sei es bei der Bearbeitung einer bestehenden Planfläche oder bei deren Herstellung. Wesentlich ist, dass in einem einzigen Arbeitsvorgang sowohl die spanende Bearbeitung beziehungsweise Herstellung der Oberfläche an dem Werkstück erfolgt als auch das Glätten der erzeugten Oberfläche mittels des mindestens einen Umformkörpers 21 zur Realisierung der gewünschten Planfläche.
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Die spanlose Umformung der durch die mindestens eine Schneide 9 erzeugten Oberfläche wird beeinflusst durch die Oberflächengestaltung des Umformbereichs 23 des mindestens einen Umfangkörpers 21, also durch den Radius der konvexen Wölbung, aber auch durch das im Bereich des Umformbereichs 23 vorgesehene Material. Dieses wird vorzugsweise so gewählt, dass bei der spanlosen Umformung eines Werkstücks dessen Material nicht an dem Umformbereich 23 anhaftet, wodurch die Oberflächenqualität der erzeugten Planfläche beeinträchtigt würde.
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Bei dem Glätten der von der mindestens einen Schneide 9 erzeugten Oberfläche spielt auch der in Richtung der Mittelachse gemessene, axiale Überstand des Umformbereichs 23 des mindestens einen Umformkörpers 21 gegenüber der mindestens einen Schneide 9, die über die Spanfläche 7 hinausragt, also nicht nur über die Umfangsfläche 5, eine Rolle. Je mehr der Umformbereich 23 gegenüber der Schneide 9 vorspringt umso stärker ist die spanlose Umformung des durch die mindestens eine Schneide erzeugte Oberfläche an dem bearbeiteten Werkstück.
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Bei einem zu geringen Überstand des Umformbereichs 23 gegenüber der mindestens einen Schneide 9 kann die spanlose Umformung durch den mindestens einen Umformkörper 21 zu gering sein, sodass im Bereich der durch die mindestens einen Schneide 9 geschaffenen Oberfläche vorhandene Vertiefungen nicht vollständig ausgeglichen werden können. Bevorzugt wird ein Überstand von 0,05 mm bis 0,3 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 0,2 mm.
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Bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück ist in der Regel vorgesehen, dass das Planfräswerkzeug 1 mehrfach über das zu bearbeitende Werkstück derart geführt wird, dass letztlich die zu bearbeitete Planfläche durch mehrere nebeneinanderliegende, sich vorzugsweise überlappende Bearbeitungsbereiche geschaffen wird. Dabei zeigt sich, dass der durch die mindestens eine Schneide 9 überstrichene Bereich größer ist als der von dem mindestens einen Umformkörper 21 überstrichene Bereich, weil die mindestens eine Schneide 9 auf einer gedachten ersten Kreisbahn rotiert, deren Radius größer ist als der der Kreisbahn, auf der der mindestens eine Umformkörper 21 umläuft.
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Bei der Bearbeitung beziehungsweise Herstellung einer Planfläche an einem Werkstück muss also sichergestellt werden, dass der Bereich, in dem die Planfläche an dem Werkstück vorgesehen ist, vollständig von dem mindestens einen Umformkörper 21, hier also von einer Anzahl von Umformkörpern 21 überfahren wird, sodass überall eine spanlose Umformung erfolgen kann, um letztlich die gewünschte glatte Planfläche zu realisieren.
