-
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung eines Werkstücks an einer Werkstückwand unter Relativbewegung des Werkstücks und der Bearbeitungseinheit längs einer Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit mit einem von der Bearbeitungseinheit in einer Vorhubrichtung der Bearbeitungseinheit zu dem Werkstück hin ausgeführten Vorhub und mit einem von der Bearbeitungseinheit in einer Rückhubrichtung der Bearbeitungseinheit von dem Werkstück weg ausgeführten Rückhub,
- • mit einem Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung der Werkstückwand, wobei das Bearbeitungswerkzeug bei dem Vorhub und bei dem Rückhub der Bearbeitungseinheit mit dem Werkstück in Kontakt ist,
- • mit einem für das Bearbeitungswerkzeug vorgesehenen Werkzeugwiderlager, welches eine in die Vorhubrichtung weisende widerlagerseitige Vorhub-Stützfläche sowie eine von der widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit beabstandete und in die Rückhubrichtung weisende widerlagerseitige Rückhub-Stützfläche aufweist, wobei das Bearbeitungswerkzeug der widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche in der Vorhubrichtung vorgeordnet ist und wobei das Bearbeitungswerkzeug bei dem Vorhub der Bearbeitungseinheit an der widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche entgegen der Vorhubrichtung und bei dem Rückhub der Bearbeitungseinheit an der widerlagerseitigen Rückhub-Stützfläche entgegen der Rückhubrichtung abgestützt ist sowie
- • mit einer Spannvorrichtung, mittels derer das Bearbeitungswerkzeug längs der Arbeitsachse gegen die widerlagerseitige Vorhub-Stützfläche und gegen die widerlagerseitige Rückhub-Stützfläche spannbar ist.
-
Die Erfindung betrifft außerdem eine Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks an einer Werkstückwand, mit einer Bearbeitungseinheit und mit einem Bearbeitungsantrieb, mittels dessen das Werkstück und die Bearbeitungseinheit relativ zueinander längs einer Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit mit einem von der Bearbeitungseinheit in einer Vorhubrichtung der Bearbeitungseinheit zu dem Werkstück hin ausgeführten Vorhub und mit einem von der Bearbeitungseinheit in einer Rückhubrichtung der Bearbeitungseinheit von dem Werkstück weg ausgeführten Rückhub bewegbar sind.
-
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Bearbeitungseinheit der eingangs genannten Art.
-
Bearbeitungseinheiten und Bearbeitungsmaschinen der vorgenannten Art werden beispielsweise in der Metallbearbeitung und dort unter anderem zur Profilierung der Wand von Löchern in metallischen Bauteilen verwendet. Ein häufiger Anwendungsfall ist dabei die Erzeugung einer Verzahnung an der Wand eines an dem betreffenden Bauteil vorgesehenen Sacklochs. Während des Bearbeitungsprozesses führt die Bearbeitungseinheit relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück einen längs einer Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit zu dem Werkstück hin gerichteten Vorhub sowie einen sich an den Vorhub anschließenden und in Gegenrichtung des Vorhubs in einer Rückhubrichtung von dem Werkstück weg ausgeführten Rückhub aus. Zur Erzeugung der Relativbewegung von Bearbeitungseinheit und Werkstück können ausschließlich die Bearbeitungseinheit oder ausschließlich das Werkstück oder sowohl die Bearbeitungseinheit als auch das Werkstück längs der Arbeitsachse bewegt werden. Die Bearbeitung kann insbesondere trennender und/oder umformender Natur sein.
-
Sowohl bei dem Vorhub als auch bei dem Rückhub befindet sich das an dem Werkzeugwiderlager der Bearbeitungseinheit angeordnete Bearbeitungswerkzeug mit dem Werkstück in Kontakt. Infolgedessen wirken auf das Bearbeitungswerkzeug längs der Arbeitsachse bearbeitungsbedingte Kräfte in wechselnden Richtungen. Im Interesse eines qualitativ hochwertigen Bearbeitungsergebnisses muss sichergestellt sein, dass sich während eines Bearbeitungsprozesses die Position des Bearbeitungswerkzeugs an dem Werkzeugwiderlager ungeachtet der auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Bearbeitungskräfte nicht verändert.
-
Dies wird im Falle des in
DE 20 2009 005 552 U1 offenbarten gattungsgemäßen Standes der Technik auf zweierlei Weise erreicht.
-
Beiden Varianten des Standes der Technik gemeinsam ist ein als Werkzeugwiderlager fungierender Werkzeugkörper einer Bearbeitungseinheit, der an dem in der Vorhubrichtung der Bearbeitungseinheit gelegenen Ende mit einem längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit verlaufenden zylindrischen Befestigungsbereich versehen ist. Der zylindrische Befestigungsbereich ist gegenüber dem in der Rückhubrichtung angrenzenden restlichen Werkzeugkörper unter Ausbildung einer sich quer zu der Arbeitsachse erstreckenden Schulter querschnittsreduziert.
-
Im Falle einer ersten Bauart des Standes der Technik weist der zylindrische Befestigungsbereich einen glattwandigen axialen Abschnitt auf, der an dem restlichen Werkzeugkörper ansetzt. Auf den glattwandigen axialen Abschnitt folgt in der Vorhubrichtung der vorbekannten Bearbeitungseinheit ein mit einem Außengewinde versehener axialer Gewindeabschnitt des zylindrischen Befestigungsbereichs. Das Bearbeitungswerkzeug ist hülsenartig ausgebildet und besitzt eine axiale Länge, die in etwa der Länge des glattwandigen axialen Abschnitts des an dem Werkzeugkörper vorgesehenen zylindrischen Befestigungsbereichs entspricht. Zur Fixierung an dem Werkzeugkörper wird das Bearbeitungswerkzeug auf den glattwandigen axialen Abschnitt des zylindrischen Befestigungsbereichs aufgeschoben. Anschließend wird auf den Gewindeabschnitt des zylindrischen Befestigungsbereichs eine Arretierungsmutter aufgeschraubt und durch Anziehen der Arretierungsmutter wird das Bearbeitungswerkzeug zwischen der Arretierungsmutter einerseits und der von dem restlichen Werkzeugkörper ausgebildeten Schulter andererseits verspannt. Durch die Arretierungsmutter und die Schulter an dem restlichen Werkzeugkörper ist das Bearbeitungswerkzeug während eines Bearbeitungsprozesses sowohl gegen eine unerwünschte Verlagerung in der Vorhubrichtung als auch gegen eine unerwünschte Verlagerung in der Rückhubrichtung formschlüssig gesichert. Aufgrund des beidseitigen Formschlusses behält das Bearbeitungswerkzeug seine Sollposition an dem Werkzeugkörper der vorbekannten Bearbeitungseinheit auch dann bei, wenn auf das Bearbeitungswerkzeug große bearbeitungsbedingte Kräfte längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit wirken. Der Einsatz dieser Bauart der vorbekannten Bearbeitungseinheit scheidet allerdings in Anwendungsfällen aus, in denen der gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug in der Vorhubrichtung vorstehende Gewindeabschnitt des an dem Werkzeugkörper vorgesehenen zylindrischen Befestigungsbereichs und die auf dem Gewindeabschnitt aufsitzende Arretierungsmutter etwa aufgrund der räumlichen Gegebenheiten an dem zu bearbeitenden Werkstück hinderlich wären.
-
Einen in dieser Hinsicht erweiterten Anwendungsbereich besitzt die zweite Bauart der Bearbeitungseinheit des Standes der Technik, die in der Vorhubrichtung von dem glattwandigen axialen Abschnitt des zylindrischen Befestigungsbereichs des Werkzeugkörpers und dem auf diesem aufsitzenden Bearbeitungswerkzeug begrenzt wird und an der dementsprechend kein gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug in der Vorhubrichtung vorstehender Gewindeabschnitt mit Arretierungsmutter vorgesehen ist. Die Einsatzmöglichkeiten der zweiten Bauart der vorbekannten Bearbeitungseinheit sind aber insofern beschränkt, als die Verbindung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem glattwandigen axialen Abschnitt des an dem Werkzeugkörper vorgesehenen zylindrischen Befestigungsbereichs weniger lastaufnahmefähig ist als die formschlüssige Verbindung im Falle der ersten Bauart des Standes der Technik. Grund für die verminderte Lastaufnahmefähigkeit ist der Umstand, dass das Bearbeitungswerkzeug, welches die Bearbeitungseinheit zweiter Bauart in der Vorhubrichtung begrenzt, durch stoffschlüssiges Fügen, insbesondere durch Löten oder Kleben, auf dem glattwandigen axialen Abschnitt des zylindrischen Befestigungsbereichs des Werkzeugkörpers fixiert wird.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungseinheit und eine Bearbeitungsmaschine mit einem umfassenden Anwendungsbereich sowie ein Verfahren zur Herstellung einer umfassend einsetzbaren Bearbeitungseinheit bereitzustellen.
-
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Bearbeitungseinheit gemäß Patentanspruch 1, durch die Bearbeitungsmaschine gemäß Patentanspruch 13 und durch das Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 14.
-
Im Falle der Erfindung ist das Bearbeitungswerkzeug längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit sowohl in der Vorhubrichtung als auch in der Rückhubrichtung formschlüssig an dem Werkzeugwiderlager abgestützt, ohne dass es zu diesem Zweck eines gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug in der Vorhubrichtung vorgeordneten Befestigungsmittels bedarf. Folglich eignet sich die erfindungsgemäße Bearbeitungseinheit sowohl für Anwendungsfälle, in denen ein gegenüber dem Bearbeitungswerkzeug in der Vorhubrichtung vorgeordnetes Befestigungsmittel hinderlich wäre als auch für Anwendungsfälle, in denen bearbeitungsbedingt große Kräfte auf das Bearbeitungswerkzeug längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit wirken und von dem Bearbeitungswerkzeug in das Werkzeugwiderlager abzutragen sind. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Bearbeitungseinheit durch das Bearbeitungswerkzeug in der Vorhubrichtung begrenzt. Die mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit ausgerüstete Bearbeitungsmaschine ist insbesondere als Axialformmaschine ausgeführt.
-
Bei einem Vorhub der Bearbeitungseinheit ist das Bearbeitungswerkzeug an der in der Vorhubrichtung gelegenen Seite des Werkzeugwiderlagers an der dort vorgesehenen Vorhub-Stützfläche formschlüssig abgestützt. Bei einem auf einen Vorhub folgenden Rückhub erfolgt die formschlüssige Abstützung des Bearbeitungswerkzeugs an der von der Vorhub-Stützfläche in der Rückhubrichtung beabstandeten Rückhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers. Dabei wird die Rückhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers von dem Stellelement der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in der Vorhubrichtung beaufschlagt. Die Beaufschlagung der Rückhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers durch das Stellelement wird mittels des Zugelements der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung bewirkt, das mit dem Bearbeitungswerkzeug verbunden ist und das auch bei einem Rückhub der Bearbeitungseinheit sowohl das Stellelement der Spannvorrichtung gegen die Rückhub-Stützfläche als auch das Bearbeitungswerkzeug gegen die Vorhub-Stützfläche zieht.
-
Um zu verhindern, dass das Bearbeitungswerkzeug bei einem Rückhub der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit aufgrund der bei dem Rückhub auf das Bearbeitungswerkzeug wirkenden Kräfte entgegen der Vorhubrichtung von der Vorhub-Stützfläche abhebt und dadurch seine Position an dem Werkzeugwiderlager längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit unerwünschterweise ändert, ist das Zugelement der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit hinreichend stark vorgespannt.
-
Die Vorspannung des Zugelements der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit mittels eines Zugspanngeräts erzeugt. An einem geräteseitigen Widerlager des Zugspanngeräts wird die Bearbeitungseinheit mit dem Werkzeugwiderlager in der Rückhubrichtung abgestützt. Mittels eines Zugorgans des Zugspanngeräts, das mit dem Zugelement der Spannvorrichtung der Bearbeitungseinheit verbunden ist, wird das Zugelement dann auf Zug in der Rückhubrichtung beansprucht. Zu diesem Zweck wird das Zugorgan des Zugspanngeräts in der Rückhubrichtung beaufschlagt. Dabei ist das Zugelement der Spannvorrichtung der Bearbeitungseinheit an der von dem Zugorgan des Zugspanngeräts abliegenden Seite mit dem Bearbeitungswerkzeug verbunden und über das Bearbeitungswerkzeug an der Vorhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers in der Rückhubrichtung abgestützt.
-
Bei auf Zug beanspruchtem Zugelement der Spannvorrichtung wird das auf dem Zugelement aufsitzende und sich dabei mit dem Zugelement in einem Gewindeeingriff befindende Stellelement der Spannvorrichtung durch Drehbetätigung längs der Arbeitsachse in eine Sollposition bewegt. Die Sollposition des Stellelements der Spannvorrichtung ist vorzugsweise derart gewählt, dass unmittelbar mit Aufhebung der mittels des Zugorgans des Zugspanngeräts bewirkten Zugbeanspruchung des Zugelements der Spannvorrichtung die Vorspannung des Zugelements zwischen dem die Rückhub-Stützfläche beaufschlagenden Stellelement der Spannvorrichtung und dem die Vorhub-Stützfläche beaufschlagenden Bearbeitungswerkzeug den gewünschten Betrag aufweist. Erfindungsgemäß denkbar ist auch eine Nachjustage durch Drehbetätigung des Stellelements im Anschluss an die Trennung des Zugelements der Spannvorrichtung von dem Zugorgan des Zugspanngeräts, sofern sich an dem Zugelement unmittelbar mit dessen Freigabe durch das Zugspanngerät noch nicht die gewünschte Vorspannung eingestellt hat.
-
Die Drehbetätigung des Stellelements während der Zugbeanspruchung des Zugelements der Spannvorrichtung erfolgt vorzugsweise bei von der Rückhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers beabstandetem Stellelement. Ist das Stellelement bei der Drehbetätigung von der Rückhub-Stützfläche beabstandet, so wird eine ansonsten auftretende und die Genauigkeit der Positionierung des Stellelements möglicherweis beeinträchtigende Reibung zwischen dem Stellelement und dem Werkzeugwiderlager vermieden. Da keine Reibung zwischen dem Stellelement und dem Werkzeugwiderlager zu überwinden ist, bedarf es für die Drehbetätigung des Stellelements auch nur eines verhältnismäßig geringen Anzugsmoments.
-
Nach der zweckentsprechenden Positionierung des Stellelements auf dem Zugelement der Spannvorrichtung wird die Zugbeanspruchung des Zugelements aufgehoben und die Bearbeitungseinheit kann von dem Zugspanngerät getrennt werden. Unter der Wirkung der zuvor erzeugten Vorspannung des Zugelements beaufschlagt das Spannelement der Spannvorrichtung die Rückhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers. Ebenfalls unter der Wirkung der zuvor erzeugten Vorspannung des Zugelements wird das Bearbeitungswerkzeug zu der Vorhub-Stützfläche hin gezogen.
-
Besondere Ausführungsarten der Bearbeitungseinheit gemäß Patentanspruch 1 und des Herstellungsverfahrens gemäß Patentanspruch 14 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 12 und 15.
-
Ausweislich Patentanspruch 15 wird die Vorspannung des Zugelements der Spannvorrichtung der Bearbeitungseinheit mittels eines hydraulischen Zugspanngeräts erzeugt. Die hydraulische Zugbeanspruchung des Zugelements ermöglicht eine betragsmäßig exakte Zugbeanspruchung des Zugelements. Dies ist insofern von besonderer Bedeutung, als die Vorspannung des Zugelements einerseits auf einen Maximalwert eingestellt werden sollte, gleichzeitig aber die werkstoffabhängige Zugfestigkeit des Zugelements nicht überschritten werden darf. Die Einstellung der Vorspannung des Zugelements auf einen Maximalwert empfiehlt sich vor dem Hintergrund, dass bei einem Rückhub der Bearbeitungseinheit das Bearbeitungswerkzeug umso besser gegen ein Abheben von der Vorhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers gesichert ist, je größer der Betrag der Kraft ist, mit welcher das Bearbeitungswerkzeug durch das Zugelement der Spannvorrichtung gegen die Vorhub-Stützfläche an dem Werkzeugwiderlager gezogen wird. Ist die Vorspannung des Zugelements exakt einstellbar, kann die Zugfestigkeit des Zugelements maximal ausgenutzt werden.
-
Im Falle der Erfindungsbauarten gemäß den Patentansprüchen 2 und 3 ist das Zugelement mittels Drehbetätigung des Stellelements der Spannvorrichtung (Patentanspruch 2) oder mittels eines Zugspanngeräts (Patentanspruch 3) auf Zug längs der Arbeitsachse der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit vorgespannt. Denkbar ist überdies eine Erfindungsbauart, im Falle derer das Zugelement der Spannvorrichtung sowohl durch Drehbetätigung des Stellelements als auch unter Zuhilfenahme eines Zugspanngeräts vorgespannt ist.
-
Zur Anbindung des Zugelements der Spannvorrichtung an das Zugorgan des Zugspanngeräts ist das Zugelement in Weiterbildung der Erfindung mit einer entsprechenden Kupplungseinrichtung versehen (Patentanspruch 4). Als Kupplungseinrichtung bevorzugt wird dabei ein an dem Zugelement vorgesehenes Kupplungsgewinde, mittels dessen sich eine lösbare Gewindeverbindung mit dem Zugorgan des Zugspanngeräts herstellen lässt (Patentanspruch 5).
-
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit ist das Zugelement der Spannvorrichtung als Zugstange ausgebildet (Patentanspruch 6).
-
Ausweislich Patentanspruch 7 ist das Werkzeugwiderlager der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit vorzugsweise als Hohlkörper ausgeführt, der mit einer sich längs der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit erstreckenden Aufnahme für das Zugelement, insbesondere die Zugstange, der Spannvorrichtung versehen ist.
-
Um eine dauerhaft wirksame Abstützung des Bearbeitungswerkzeugs an der Vorhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers zu gewährleisten, ist in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Zugelement der Spannvorrichtung eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, über welche die Vorspannung des Zugelements in eine Beaufschlagung der Vorhub-Stützfläche des Werkzeugwiderlagers durch das Bearbeitungswerkzeug umgesetzt wird (Patentanspruch 8). Zur Herstellung des Formschlusses weisen das Bearbeitungswerkzeug und das Zugelement der Spannvorrichtung eine entsprechende Bauteilgeometrie auf. Erfindungsgemäß bevorzugt werden einander zugeordnete Flächen an dem Bearbeitungswerkzeug und an dem Zugelement, die im Wesentlichen senkrecht zu der Arbeitsachse der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit verlaufen oder eine konische Form an dem einen und eine entsprechende gegenkonische Form an dem anderen der formschlüssig miteinander zu verbindenden Bauteile.
-
Mit dem Zugelement der Spannvorrichtung kann sich insbesondere ein als Stellmutter ausgeführtes Stellelement im Gewindeeingriff befinden (Patentanspruch 9). Für Fälle, in denen die Vorspannung des Zugelements wenigstens teilweise durch Drehbetätigung des Stellelements erzeugt wird, ist die Stellmutter mit einer Außenkontur versehen, die ihrerseits an ein Betätigungswerkzeug angepasst ist.
-
In Falle einer bevorzugten Erfindungsbauart begrenzt das Bearbeitungswerkzeug die Bearbeitungseinheit in der Vorhubrichtung. Ergänzend oder alternativ ist ausweislich Patentanspruch 10 vorgesehen, dass das Werkzeugwiderlager der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit durch die Rückhub-Stützfläche in der Rückhubrichtung begrenzt wird. Bildet die Rückhub-Stützfläche die rückhubseitige Begrenzung des Werkzeugwiderlagers, so steht an dem Werkzeugwiderlager für das Stellelement der Spannvorrichtung eine hinreichend große Beaufschlagungsfläche zur Verfügung. Außerdem ist das der Rückhub-Stützfläche zugeordnete Stellelement insbesondere zur Einstellung der Vorspannung des Zugelements der Spannvorrichtung gut zugänglich.
-
Gemäß Patentanspruch 11 ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Einheit mit Bearbeitungswerkzeug, Werkzeugwiderlager und Spannvorrichtung nicht unmittelbar sondern vielmehr über ein Kupplungselement an einen Bearbeitungsantrieb angebunden. Der Bearbeitungsantrieb dient zur Erzeugung der Relativbewegung eines zu bearbeitenden Werkstücks und der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit. Das Kupplungselement zwischen der Einheit mit Bearbeitungswerkzeug, Werkzeugwiderlager und Spannvorrichtung einerseits und dem Bearbeitungsantrieb andererseits kann als Adapter dienen, dessen Bauweise etwa auf der Antriebsseite anwendungsbezogen variiert und der es dann ermöglicht, ein und dieselbe Einheit mit Bearbeitungswerkzeug, Werkzeugwiderlager und Spannvorrichtung in einer anwendungsspezifischen Weise an einen Bearbeitungsantrieb anzubinden.
-
Damit die Verbindung zwischen der Einheit mit Bearbeitungswerkzeug, Werkzeugwiderlager und Spannvorrichtung einerseits und dem Kupplungselement andererseits auch großen Bearbeitungskräften standhält, ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeugwiderlager und dem Kupplungselement vorgesehen. Insbesondere sind das Werkzeugwiderlager und das Kupplungselement miteinander verschraubt.
-
Eine erfindungsgemäß bevorzugte Schraubverbindung zwischen dem Werkzeugwiderlager und dem Kupplungselement ergibt sich aus Patentanspruch 12. Im Falle dieser Erfindungsbauart bewirkt die Herstellung der Schraubverbindung zwischen dem Werkzeugwiderlager und dem Kupplungselement der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit eine in der Rückhubrichtung wirksame Zugbeanspruchung eines Gewindevorsprungs des Werkzeugwiderlagers und dadurch eine Zugbeanspruchung und Vorspannung des Zugelements der Spannvorrichtung. Der Gewindevorsprung des Werkzeugwiderlagers wird nach Art eines Schraubenbolzens in ein Innengewinde an dem Kupplungselement eingeschraubt. Wie ein Schraubenkopf läuft dabei der gegenüber dem Gewindevorsprung quer zu der Arbeitsachse der Bearbeitungseinheit bestehende Überstand des Werkzeugwiderlagers mit einer widerlagerseitigen Anschlagfläche auf eine kupplungselementseitige Anschlagfläche auf. Ein mit einer Drehbewegung des in axialer Richtung an dem Kupplungselement abgestützten Werkzeugwiderlagers relativ zu dem Kupplungselement verbundenes Anziehen des Werkzeugwiderlagers führt folglich zu einer Längung des widerlagerseitigen Gewindevorsprungs. Da der widerlagerseitige Gewindevorsprung an einer in die Rückhubrichtung weisenden Stirnfläche die widerlagerseitige Rückhub-Stützfläche für das Stellelement der Spannvorrichtung ausbildet, bewirkt die Längung des widerlagerseitigen Gewindevorsprungs über das an der Stirnfläche des Gewindevorsprungs abgestützte Stellelement eine Zugbeanspruchung und Vorspannung des mit dem Stellelement verbundenen Zugelements der Spannvorrichtung.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a: eine Teileinheit einer Bearbeitungseinheit erster Bauart zur Erstellung einer Verzahnung an einer Wand eines Sacklochs an einem metallischen Werkstück,
- 1b: eine Teileinheit einer Bearbeitungseinheit zweiter Bauart zur Erstellung einer Verzahnung an einer Wand eines Sacklochs an einem metallischen Werkstück,
- 2: die Teileinheit gemäß 1b an einem Zugspanngerät bei der Erzeugung einer Vorspannung einer Zugstange der Teileinheit und
- 3: die Bearbeitungseinheit erster Bauart umfassend die Teileinheit gemäß 1a.
-
In 1a ist eine Bearbeitungseinheit 1 im Umfang einer Teileinheit 2 dargestellt, die ihrerseits ein Bearbeitungswerkzeug 3, ein Werkzeugwiderlager 4 und eine Spannvorrichtung 5 umfasst.
-
Bei dem Bearbeitungswerkzeug 3 handelt es sich um eine herkömmliche Umformmatrize aus Hartmetall, die dazu dient an einer Wand eines Sacklochs 6 in einem in 1a gestrichelt angedeuteten metallischen Werkstück 7 eine Verzahnung zu erstellen. Zu diesem Zweck ist das Bearbeitungswerkzeug 3 in gewohnter Weise mit einer formgebenden Verzahnung versehen. Die Zähne der formgebenden Verzahnung an dem Bearbeitungswerkzeug 3 verlaufen längs einer Arbeitsachse 8 der Bearbeitungseinheit 1.
-
Zur Herstellung der Verzahnung an der Wand des Sacklochs 6 werden die Bearbeitungseinheit 1 und das Werkstück 7 längs der Arbeitsachse 8 relativ zueinander bewegt. Auf einen von der Bearbeitungseinheit 1 in einer Vorhubrichtung (Pfeil 9) zu dem Werkstück 7 hin ausgeführten Vorhub folgt dabei ein von dem Werkstück 7 weg gerichteter Rückhub der Bearbeitungseinheit 1 in einer Rückhubrichtung 10.
-
Sowohl bei dem Vorhub als auch bei dem Rückhub der Bearbeitungseinheit 1 befindet sich das Bearbeitungswerkzeug 3 im Kontakt mit der Wand des Werkstücks 7. Die auf das Bearbeitungswerkzeug 3 bearbeitungsbedingt längs der Arbeitsachse 8 wirkenden Kräfte werden in das Werkzeugwiderlager 4 abgetragen.
-
Bei dem Vorhub der Bearbeitungseinheit 1 ist das in die Wand des Sacklochs 6 eingreifende Bearbeitungswerkzeug 3 an einer widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche 11 entgegen der Vorhubrichtung 9 abgestützt. Ebenso wie eine der Vorhub-Stützfläche 11 des Werkzeugwiderlagers 4 gegenüberliegende Gegenfläche 12 des Bearbeitungswerkzeugs 3 erstreckt sich die widerlagerseitige Vorhub-Stützfläche 11 im Wesentlichen senkrecht zu der Arbeitsachse 8.
-
Bei dem Rückhub der Bearbeitungseinheit 1 in der Rückhubrichtung 10 ist das mit der Wand des Sacklochs 6 in Kontakt befindliche Bearbeitungswerkzeug 3 bestrebt, längs der Arbeitsachse 8 von der Vorhub-Stützfläche 11 des Werkzeugwiderlagers 4 abzuheben. Dies wird durch eine entgegen der Rückhubrichtung 10 wirksame Abstützung des Bearbeitungswerkzeugs 3 an einer widerlagerseitigen Rückhub-Stützfläche 13 verhindert. Die widerlagerseitige Rückhub-Stützfläche 13 ist von der widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche 11 in der Rückhubrichtung 10 beabstandet und dabei von der widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche 11 abgewandt.
-
Die Abstützung des Bearbeitungswerkzeugs 3 an der Rückhub-Stützfläche 13 des Werkzeugwiderlagers 4 erfolgt nicht unmittelbar sondern über eine als Zugelement vorgesehene und von dem Werkzeugwiderlager 4 baulich getrennte Zugstange 14 sowie über ein auf der Zugstange 14 aufsitzendes und als Stellmutter 15 ausgebildetes Stellelement der Spannvorrichtung 5.
-
Die Zugstange 14 der Spannvorrichtung 5 erstreckt sich in einer Aufnahme 16 des als Hohlkörper ausgebildeten Werkzeugwiderlagers 4 längs der Arbeitsachse 8. In der Vorhubrichtung 9 endet die Zugstange 14 flächenbündig mit dem Bearbeitungswerkzeug 3. Folglich begrenzt in dem dargestellten Beispielsfall das Bearbeitungswerkzeug 3 gemeinsam mit der in der Vorhubrichtung 9 gelegenen Stirnfläche der Zugstange 14 die Bearbeitungseinheit 1 in der Vorhubrichtung 9. Alternativ kann die in der Vorhubrichtung 9 gelegene Stirnfläche der Zugstange 14 gegenüber der in der Vorhubrichtung 9 gelegenen Stirnfläche des Bearbeitungswerkzeugs 3 entgegen der Vorhubrichtung 9 zurückgesetzt sein. In beiden Fällen kann die Wand des Sacklochs 6 mittels des Bearbeitungswerkzeugs 3 über ihre gesamte axiale Länge bearbeitet werden.
-
An der in der Vorhubrichtung 9 gelegenen Seite ist die Zugstange 14 mit dem Bearbeitungswerkzeug 3 formschlüssig verbunden. Zu diesem Zweck erweitert sich der Querschnitt der Zugstange 14 unter Ausbildung einer senkrecht zu der Arbeitsachse 8 verlaufenden zugstangenseitigen Schulter 17. Die Schulter 17 an der Zugstange 14 wirkt zur Herstellung des Formschlusses zwischen der Zugstange 14 und dem Bearbeitungswerkzeug 3 mit einer werkzeugseitigen, gleichfalls senkrecht zu der Arbeitsachse 8 verlaufenden werkzeugseitigen Schulter 18 zusammen.
-
Das in die Rückhubrichtung 10 weisende Ende der Zugstange 14 ist mit einem zugstangenseitigen Außengewinde 19 versehen. Das zugstangenseitige Außengewinde 19 bildet ein Stellgewinde 19a, mit welchem sich die Stellmutter 15 der Spannvorrichtung 5 im Gewindeeingriff befindet. Durch Drehbetätigung der Stellmutter 15 um die Arbeitsachse 8 kann die Stellmutter 15 längs der Zugstange 14 wahlweise in der Vorhubrichtung 9 oder in der Rückhubrichtung 10 verlagert werden. Aufgrund der selbsthemmenden Ausbildung des Stellgewindes 19a und des mit diesem kämmenden Innengewindes an der Stellmutter 15 behält die Stellmutter 15 eine eingestellte Position längs der Arbeitsachse 8 auch dann bei, wenn auf die Stellmutter 15 eine Kraft längs der Arbeitsachse 8 wirkt. Die Stellmutter 15 ist mit einer Außenkontur versehen. Mit Hilfe eines an die Außenkontur der Stellmutter 15 angepassten Werkzeugs ist eine Drehbetätigung der Stellmutter 15 um die Arbeitsachse 8 möglich.
-
Ein widerlagerseitiges Außengewinde 20 ist an dem in der Rückhubrichtung 10 gelegenen Ende des Werkzeugwiderlagers 4 an einem bolzenartigen Gewindevorsprung 21 des Werkzeugwiderlagers 4 vorgesehen. Die in die Rückhubrichtung 10 weisende Stirnfläche des Gewindevorsprungs 21 bildet die Rückhub-Stützfläche 13 des Werkzeugwiderlagers 4. Der Gewindevorsprung 21 ist gegenüber dem in der Vorhubrichtung 9 angrenzenden Teil des Werkzeugwiderlagers 4 querschnittsreduziert. Infolgedessen ist an dem Werkzeugwiderlager 4 eine ringförmige, mit dem Gewindevorsprung 21 konzentrische und sich in Querrichtung der Arbeitsachse 8 erstreckende widerlagerseitige Anschlagfläche 22 ausgebildet.
-
Eine in 1b dargestellte Teileinheit 52 einer Bearbeitungseinheit 51 unterscheidet sich von der Teileinheit 2 gemäß 1a lediglich durch die konstruktive Realisierung des Formschlusses zwischen der Zugstange 14 der Spannvorrichtung 5 und dem Bearbeitungswerkzeug 3.
-
Anstelle der zugstangenseitigen Schulter 17 und der mit dieser zusammenwirkenden werkzeugseitigen Schulter 18 der Teileinheit 2 sind im Falle der Teileinheit 52 als miteinander zusammenwirkende Formschlusselemente ein zugstangenseitiger Konus 53 und ein werkzeugseitiger Gegenkonus 54 vorgesehen.
-
Damit das Bearbeitungswerkzeug 3 bei dem gegenüber dem Werkstück 7 ausgeführten Rückhub der Bearbeitungseinheit 1, 51 nicht von der widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche 11 abhebt, ist die Zugstange 14 auf Zug längs der Arbeitsachse 8 vorgespannt. Aufgrund der Vorspannung zieht die Zugstange 14 das Bearbeitungswerkzeug 3 gegen die widerlagerseitige Vorhub-Stützfläche 11 und die Stellmutter 15 gegen die widerlagerseitige Rückhub-Stützfläche 13.
-
Zur Erzeugung der Vorspannung der Zugstange 14 längs der Arbeitsachse 8 dient ein hydraulisches Zugspanngerät 23, wie es in 2 schematisch dargestellt ist.
-
Anhand von 2 werden die Abläufe zur Erzeugung der Vorspannung der Zugstange 14 der Bearbeitungseinheit 51 beziehungsweise der Teileinheit 52 von 1b erläutert. In entsprechender Weise wird mittels des Zugspanngeräts 23 die Zugstange 14 der Bearbeitungseinheit 1 beziehungsweise der Teileinheit 2 von 1a vorgespannt.
-
In einem Zustand, in welchem die Zugstange 14 der Stellvorrichtung 5 nicht oder nur geringfügig auf Zug längs der Arbeitsachse 8 vorgespannt ist, wird die Teileinheit 52 der Bearbeitungseinheit 51 mit dem Außengewinde 20 des Werkzeugwiderlagers 4 in ein Innengewinde einer Gewindebohrung 24 an einem als geräteseitiges Widerlager 25 vorgesehenen Teil des Zugspanngeräts 23 eingeschraubt. Dadurch wird das Werkzeugwiderlager 4 an dem geräteseitigen Widerlager 25 in der Rückhubrichtung 10 wirksam abgestützt. Die auf der Zugstange 14 aufsitzende Spannmutter 15 liegt kraftlos oder unter der Wirkung der geringfügigen Vorspannung der Zugstange 14 an der widerlagerseitigen Rückhub-Stützfläche 13 des Werkzeugwiderlagers 4 an.
-
Außerdem wird die Zugstange 14 der Teileinheit 52 mit einem als Kupplungsgewinde 19b vorgesehenen Abschnitt des zugstangenseitigen Außengewindes 19 in eine Gewindebohrung 26 an einem Zugorgan 27 des Zugspanngeräts 23 eingeschraubt und dadurch an das Zugorgan 27 angebunden.
-
Bei an dem geräteseitigen Widerlager 25 in der Rückhubrichtung 10 abgestütztem Werkzeugwiderlager 4 wird nun das mit der Zugstange 14 der Teileinheit 52 verbundene Zugorgan 27 des Zugspanngeräts 23 in einer in 2 durch einen Pfeil 28 veranschaulichten und mit der Rückhubrichtung 10 übereinstimmenden Zugrichtung beaufschlagt und aufgrund der Beaufschlagung des Zugorgans 27 in der Zugrichtung 28 wird die an dem gegenüberliegenden Ende über das Bearbeitungswerkzeug 3 an dem Werkzeugwiderlager 4 abgestützte Zugstange 14 auf Zug in der Rückhubrichtung 10 der Bearbeitungseinheit 51 beziehungsweise der Teileinheit 52 beansprucht.
-
Aufgrund der Zugbeanspruchung der Zugstange 14 hebt die Stellmutter 15 der Spannvorrichtung 5 von der Rückhub-Stützfläche 13 des Werkzeugwiderlagers 4 ab und die Stellmutter 15 kann durch Drehbetätigung um die Arbeitsachse 8 auf der Zugstange 14 in eine zuvor definierte Sollposition längs der Arbeitsachse 8 zugestellt werden, ohne dass bei der Drehbetätigung der Stellmutter 15 zwischen dieser und der Rückhub-Stützfläche 13 des Werkzeugwiderlagers 4 eine die Drehbetätigung der Stellmutter 15 erschwerende und die Genauigkeit der Einstellung der Stellmutter 15 möglicherweise beeinträchtigende Reibung auftritt.
-
Sobald die Stellmutter 15 in die Sollposition auf der Zugstange 14 zugestellt ist, wird die Zugstange 14 von dem Zugorgan 27 des Zugspanngeräts 23 getrennt. Nach der Trennung der Zugstange 14 von dem Zugorgan 27 des Zugspanngeräts 23 beaufschlagen unter der Wirkung der nun erzeugten Vorspannung der Zugstange 14 die Stellmutter 15 die Rückhub-Stützfläche 13 des Werkzeugwiderlagers 4 und das Bearbeitungswerkzeug 3 die Vorhub-Stützfläche 11 des Werkzeugwiderlagers 4.
-
Die Sollposition der Stellmutter 15 auf der Zugstange 14 ist derart definiert, dass sich nach dem Trennen der Zugstange 14 von dem Zugorgan 27 des Zugspanngeräts 23 eine Vorspannung der Zugstange 14 einstellt, die derart bemessen ist, dass bei dem im Rahmen der Bearbeitung des Werkstücks 7 ausgeführten Rückhub der Bearbeitungseinheit 51 einerseits ein Abheben des Bearbeitungswerkzeugs 3 von der widerlagerseitigen Vorhub-Stützfläche 11 wirksam verhindert wird und andererseits die resultierende Zugbeanspruchung der Zugstange 14, zu der sich die durch den Rückhub der Bearbeitungseinheit 51 bedingte Zugbeanspruchung der Zugstange 14 und die zuvor eingestellte Vorspannung der Zugstange 14 summieren, die materialabhängige Zugfestigkeit der Zugstange 14 nicht überschreitet.
-
Um die Zugfestigkeit der Zugstange 14 maximal nutzen zu können, wird das Zugorgan 27 des Zugspanngeräts 23 zum Vorspannen der Zugstange 14 hydraulisch in der Zugrichtung 28 beaufschlagt. Die hydraulische Zugbeanspruchung der Zugstange 14 ermöglicht eine betragsmäßig exakte Einstellung der Vorspannung der Zugstange 14. Infolgedessen kann die Vorspannung der Zugstange 14 funktionssicher auf einen Maximalwert eingestellt werden, der auch in Summe mit der bearbeitungsbedingten Zugbeanspruchung der Zugstange 14 nicht zu einem Bruch der Zugstange 14 führt.
-
Die Teileinheit 52 mit der in der vorstehenden Weise vorgespannten Zugstange 14 wird aus dem geräteseitigen Widerlager 25 des Zugspanngeräts 23 ausgeschraubt und dadurch von dem Zugspanngerät 23 getrennt.
-
Anschließend wird die Teileinheit 52 mit einem als Kupplungselement vorgesehenen Adapter zu der Bearbeitungseinheit 51 gefügt.
-
Entsprechend wird ausweislich 3 bei der Herstellung der Bearbeitungseinheit 1 verfahren. An der Teileinheit 2 wird zunächst die Zugstange 14 in der vorstehend beschriebenen Weise vorgespannt. Anschließend wird die Teileinheit 2 mit einem als Adapter 29 ausgebildeten Kupplungselement zu der Bearbeitungseinheit 1 verbunden.
-
Mittels des Adapters 29 wird die Bearbeitungseinheit 1 in einer in 3 gestrichelt angedeuteten Werkzeugaufnahme 30 eines Bearbeitungsantriebs 34 einer als Axialformmaschine 31 ausgebildeten Bearbeitungsmaschine fixiert. Mit Hilfe des Bearbeitungsantriebs 34 der Axialformmaschine 31 werden der Vorhub und der Rückhub der Bearbeitungseinheit 1 gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück 7 erzeugt.
-
Zur Anbindung der Teileinheit 2 an den Adapter 29 werden das Werkzeugwiderlager 4 und der Adapter 29 miteinander verschraubt.
-
Zu diesem Zweck wird der mit dem Außengewinde 20 versehene Gewindevorsprung 21 des Werkzeugwiderlagers 4 nach Art eines Schraubenbolzens in ein Innengewinde an der Wand einer an dem Adapter 29 vorgesehenen Bolzenaufnahme 32 eingeschraubt. Wie ein Schraubenkopf läuft dabei der gegenüber dem Gewindevorsprung 21 quer zu der Arbeitsachse 8 der Bearbeitungseinheit 1 bestehende Überstand des Werkzeugwiderlagers 4 mit der widerlagerseitigen Anschlagfläche 22 auf eine kupplungselement- beziehungsweise adapterseitige Anschlagfläche 33 auf.
-
Ein mit einer Drehbewegung des in axialer Richtung an dem Adapter 29 abgestützten Werkzeugwiderlagers 4 relativ zu dem Adapter 29 verbundenes Anziehen des Werkzeugwiderlagers 4 führt zu einer Längung des in die Bolzenaufnahme 32 des Adapters 29 eingeschraubten widerlagerseitigen Gewindevorsprungs 21. Da der widerlagerseitige Gewindevorsprung 21 an der in die Rückhubrichtung 10 weisenden Stirnfläche die widerlagerseitige Rückhub-Stützfläche 13 für die Stellmutter 15 der Spannvorrichtung 5 ausbildet, bewirkt die Längung des widerlagerseitigen Gewindevorsprungs 21 über die an der Stirnfläche des Gewindevorsprungs 21 abgestützte Stellmutter 15 eine geringfügige Zugbeanspruchung und Vorspannung der Zugstange 14 über die zuvor erzeugte Vorspannung hinaus. Diese montagebedingte zusätzliche Vorspannung der Zugstange 14 ist bei der Bemessung der mittels des Zugspanngeräts 23 erzeugten Vorspannung der Zugstange 14 zu berücksichtigen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202009005552 U1 [0006]
