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Einleitung
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Werkzeugmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Abziehwerkzeug, welches im Rahmen einer Drehmaschine einsetzbar ist, sowie ein Verfahren dazu.
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Stand der Technik und Nachteile
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Drehmaschinen dienen dem spanenden Bearbeiten von rotationssymmetrischen Werkstücken. Zur Bearbeitung wird das Werkstück, welches meist eine Stabform aufweist, einseitig in das Drehfutter eingespannt. Anschließend erfolgt die Bearbeitung insbesondere der Mantelfläche des zylindrischen Werkstücks, indem ein spanabhebendes Werkzeug (Drehmeißel) mit seiner Scheide an der Mantelfläche entlanggeführt wird, wodurch Material abgenommen wird. Nach dem Bearbeiten ist das Werkstück im Normalfall hochsymmetrisch sowie maßhaltig.
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Um die Oberflächenqualität des Werkstücks weiter zu verbessern, beispielsweise die Härte zu erhöhen, wird das Werkstück entnommen und einer entsprechenden Behandlung zugeführt (z.B. Nitrieren). Typischerweise verändert sich jedoch durch eine oder ggf. mehrere derartige Behandlungen die Maßhaltigkeit in unerwünschter Weise; das Werkstück weist dann einen etwas vergrößerten Durchmesser auf, der u.U. außerhalb der gewünschten und ursprünglich auch eingehaltenen Toleranz liegt.
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Um das Werkstück wieder auf Maß zu bringen, ist es zwar grundsätzlich möglich, dieses erneut in die Drehmaschine einzuspannen und nochmals nachzubearbeiten. Dabei treten jedoch zweierlei Probleme auf. Zum einen kann die spanende Bearbeitung des Drehmeißels die durch die beschriebene Behandlung erreichte Oberflächenqualität wieder beeinträchtigen. Zum anderen ist es kaum möglich, ein Werkstück zweimal in praktisch identischer Weise einzuspannen, so dass das Werkstück beim erneuten Einspannen „taumelt“, d.h. seine Längsachse entspricht nicht mehr exakt der Drehachse des Spannfutters. Somit ist eine die Toleranz wiederherstellende und die Oberflächenbehandlung intakt lassende Nachbearbeitung kaum möglich.
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Daher ist es üblich, das wiedereingespannte Werkstück nicht mittels eines Drehmeißels oder dergleichen, sondern mit einem Schleifmittel, beispielsweise einem Schleifband oder Schleifpapier zu bearbeiten, während es sich mit dem Spannfutter dreht. Da das Schleifmittel eine eventuelle Taumelbewegung des Werkstücks mitmacht, wird dessen Oberfläche weiterhin gleichmäßig bearbeitet. Eine solche Bearbeitung erfolgt manuell, d.h., die bearbeitende Person hält das Schleifmittel mit der Hand und bringt es in Kontakt mit dem rotierenden Werkstück. Das bedeutet jedoch, dass die Sicherheitsmechanismen modernerer Drehmaschinen, welche ein manuelles Berühren während der Bearbeitung typischerweise unterbindenden, umgangen werden müssen. Das Verletzungsrisiko ist hoch, das Bearbeitungsergebnis hängt von der Erfahrung des Bearbeiters ab und ist zudem nicht reproduzierbar.
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Aufgabe der Erfindung und Lösung
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche bzw. welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Die Vorrichtung bzw. das Verfahren soll ein materialabnehmendes Bearbeiten eines im Drehfutter einer Drehmaschine eingespannten, rotierenden Werkstücks ermöglichen, ohne dass ein ggf. taumelndes Werkstück zu einer Beeinträchtigung des Arbeitsergebnisses führt. Zudem soll die Vorrichtung bzw. das Verfahren ein gefahrloses Bearbeiten ermöglichen, und die Reproduzierbarkeit des Arbeitsergebnisses verbessern.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, sowie ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den jeweils abhängigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung, sowie den Figuren zu entnehmen.
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Beschreibung
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Die Vorrichtung dient dem Bearbeiten der Oberfläche eines im Drehfutter einer Drehmaschine eingespannten Werkstücks, wie Eingangs beschrieben. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zum schleifenden Bearbeiten geeignetes Abziehwerkzeug, sowie einen zum Anbringen eines das Abziehwerkzeug tragenden Adapter an einem Werkzeughalter der Drehmaschine umfasst.
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Das Abziehwerkzeug weist eine geometrisch unbestimmte Schneide auf und ist insbesondere ein Schleifklotz, d.h. ein fester Körper, der vollständig oder zumindest an seiner zur Bearbeitung vorgesehenen Kontaktfläche aus Schleifmittel bestimmter Körnung besteht. Vorzugsweise basiert das Schleifmittel auf Aluminium-Oxid oder Korund. Es weist beispielsweise eine Körnung im Bereich zwischen 120 und 1000, bevorzugt zwischen 320 und 600 auf. Der Adapter dient der Anbringung dieses „Schleifklotzes“ oder „Schleifsteins“ am Werkzeughalter, der typischerweise genormt ist. Eine mögliche Norm für den Werkzeughalter ist die DIN 69880-1/ISO 10889-1. Auch das Vorsehen einer so genannten „Multifix“-Aufnahme für Bohrstangen ist möglich, ebenso wie die Verwendung von so genannten BMT-(„Bolt Mounted Turret“-)Werkzeughaltern. Das Abziehwerkzeug ist besonders bevorzugt austauschbar, da es einer Abnutzung unterliegt. Möglich ist auch die Verwendung einer so genannten Schleiffeile, welche eine Stabform aufweist und z.B. 150 mm lang ist.
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Erfindungsgemäß ist das Abziehwerkzeug derart im Adapter (oder auch direkt am Werkzeughalter) gelagert, dass es aus einer selbsttätig einnehmbaren Ruheposition mittels einer auf eine Kontaktfläche wirkenden Druckkraft linear entgegen der Richtung der Oberfläche des Werkstücks bewegbar ist. Das bedeutet, dass bei einem Kontaktieren der Kontaktfläche mit dem Werkstück, und einem nachfolgenden Erhöhen des Drucks vom Werkstück auf die Kontaktfläche oder umgekehrt, das Abziehwerkzeug „zurückweicht“. Die Druckerhöhung kann durch ein langsames Annähern der beiden Komponenten, oder (während der Bearbeitung) durch ein Taumeln des Werkstücks erfolgen.
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Dieses „Zurückweichen“ kann im einfachsten Fall aufgrund eines elastischen Materials des Abziehwerkzeugs und/oder des besonders bevorzugt vorhandenen Adapters erfolgen. Die Druckkraft verformt somit Abziehwerkzeug bzw. Adapter, so dass sie nicht zu stark ansteigt. Bevorzugt erfolgt das „Zurückweichen“ durch exakt beherrsch- und vorbestimmbare konstruktive Maßnahmen, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird. In jedem Fall führt das „Zurückweichen“ zu einer kontrollierten, trotz Taumelns des Werkstücks verhältnismäßig konstanten Druckkraft zwischen dem Abziehwerkzeug und dem Werkstück.
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Die Erfindung vermeidet somit die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile.
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Die Erfindung erlaubt ein materialabnehmendes Bearbeiten eines im Drehfutter einer Drehmaschine eingespannten, rotierenden Werkstücks, ohne dass ein ggf. taumelndes Werkstück zu einer Beeinträchtigung des Arbeitsergebnisses führt. Zudem ermöglicht die Vorrichtung ein gefahrloses Bearbeiten, da kein manuelles Interagieren zwischen Bearbeiter und Werkstück mehr nötig ist. Schließlich verbessert sich auch die Reproduzierbarkeit des Arbeitsergebnisses, da alle das Arbeitsergebnis bestimmenden Parameter exakt beherrsch- und reproduzierbar sind.
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.
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Nach einer Ausführungsform weist das Abziehwerkzeug eine linienförmige oder ebene Kontaktfläche auf und ist derart am Adapter (oder direkt am Werkzeughalter) gelagert, dass die Kontaktfläche auch bei einem Winkel zwischen Werkstückachse und Drehfutterachse linienförmig oder vollflächig an der Mantelfläche anliegt.
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Eine linienförmige Kontaktfläche ergibt sich z.B. dann, wenn das Abziehwerkzeug eine Keilform hat, dessen Spitze in Kontakt mit dem Werkstück gelangt. Eine ebene Kontaktfläche bildet sich aus, wenn das Abziehwerkzeug eine zylindersegment-förmige Ausnehmung aufweist, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des Werkstücks entspricht. Auch eine Abstufung der Geometrie der Kontaktfläche ist möglich, um auf effiziente Weise ein Werkstück mit unterschiedlichen Durchmessern parallel zu bearbeiten.
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Vorzugsweise ist die Lagerung am Adapter (oder direkt am Werkzeughalter) derart, dass Winkelabweichungen in gewissem Maße ausgleichbar sind. Derartige Winkelabweichungen treten insbesondere beim bereits beschriebenen Taumeln des rotierenden Werkstücks auf. Durch ein „Folgen“ der Orientierung der Kontaktfläche baut sich eine gleichmäßige Druckkraft zwischen Abziehwerkzeug und Werkstück auch dann auf, wenn letzteres taumelt, und/oder das Abziehwerkzeug nicht exakt parallel zur zu bearbeitenden Werkstückoberfläche ausgerichtet ist. Das Abziehwerkzeug führt eine „Ausgleichsbewegung“ aus. Die Abnutzung des Abziehwerkzeugs wird gleichmäßiger, und das Arbeitsergebnis verbessert sich weiter.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abziehwerkzeug über ein Drehgelenk unmittelbar oder mittels eines Zwischenhalters mit dem Adapter (oder direkt mit dem Werkzeughalter) verbunden, wobei die Drehgelenksachse normal auf einer Ebene liegt, in welcher die Werkstückachse verläuft, wobei Drehgelenksachse und Werkstückachse voneinander beabstandet sind.
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Das bedeutet, dass durch die Orientierung von Drehgelenk und Drehgelenksachse einerseits und Werkstückachse andererseits ein Taumeln des Werkstücks gerade zu einem Hin- und Herschwenken des Abziehwerkzeugs um besagte Drehgelenksachse führt. Somit ist sichergestellt, dass die erwünschte „Ausgleichsbewegung“ auch tatsächlich ausführbar ist.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist zwischen (dann vorhandenem) Adapter und Abziehwerkzeug ein Linearführungssystem angeordnet. Ein Linearführungssystem dient der Bereitstellung genau eines (linearen) Freiheitsgrades, entlang dessen Adapter und Abziehwerkzeug relativ zueinander bewegbar sind. Somit ist auf einfache, konstruktiv exakt beherrschbare Weise die einleitend genannte Bewegung des Abziehwerkzeugs aus einer Ruheposition ermöglicht.
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Bevorzugt ist die Ruheposition des Abziehwerkzeugs einstellbar. Das bedeutet, dass durch manuelles Ändern der Ruheposition die während der maschinellen Abzieh-Bearbeitung des Werkstücks die sich entwickelnde Druckkraft ebenfalls justierbar ist; eine näher an der Werkstückoberfläche liegende Ruheposition erhöht die Druckkraft, und umgekehrt. Ein Anpassen beispielsweise des CNC-Programms entfällt; ein manuelles nachjustieren aufgrund einer Abnutzung des Abziehwerkzeugs ersetzt auch ein Umspannen desselben im Adapter, um die Abnutzung auszugleichen.
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Vorzugsweise wird die Ruheposition des Abziehwerkzeugs mittels eines Federelements bestimmt, aus dessen Ruhelage das Abziehwerkzeug wie beschrieben auslenkbar ist. Das Federelement kann eine einfache Zug- oder Druckfeder sein, welche aus Metall oder Kunststoff/Gummi besteht, aber auch auf magnetischen Kräften basieren. Durch Vorspannen der Feder, oder auf andere, bekannte Weise lässt sich ihre Ruhelage, und somit die Ruheposition des Abziehwerkzeugs, einstellen. Mit der Ruheposition ändert sich auch die Druckkraft, die sich bei einem bestimmten Abstand zwischen oben genannter Drehgelenksachse und Werkstückachse jeweils ausbildet.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Drehgelenk in seinem Spiel einstellbar und/oder blockierbar. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Möglichkeit, nach dem Blockieren das Abziehwerkzeug, während es weiterhin in der Drehmaschine eingespannt ist, z.B. mit einer rotierenden Schleifrolle abzurichten.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Anbringung an einer manuellen Drehmaschine, sowie an einer CNC-Maschine mit Linearschlitten, mit Stern- oder Scheiben-Revolver geeignet. Somit ist der Vorteil, welcher sich durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt, auf einer Vielzahl unterschiedlicher Maschinentypen nutzbar.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche eines im Drehfutter einer Drehmaschine eingespannten Werkstücks, wobei ein zum schliefenden Bearbeiten geeignetes Abziehwerkzeug derart gelagert ist, dass es ohne Einwirken äußerer Druckkraft selbsttätig eine Ruheposition einnimmt, aus der es mittels einer auf eine zwischen Abziehwerkzeug und Werkstück befindlichen Kontaktfläche wirkenden Druckkraft linear entgegen der Richtung der Oberfläche des Werkstücks bewegt wird, so dass etwaige Taumelbewegungen des rotierenden Werkstücks unter Wahrung des schleifenden Kontakts ausgeglichen werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obenstehenden Erläuterungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
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Bevorzugt kann das Abziehwerkzeug während der Bearbeitung um eine Drehgelenksachse verschwenken, die normal auf einer Ebene liegt, in welcher die Werkstückachse verläuft, wobei Drehgelenksachse und Werkstückachse voneinander beabstandet sind. Auf diese Weise „folgt“ die Orientierung der Kontaktfläche der Werkstückoberfläche, so dass sich eine gleichmäßige Druckkraft zwischen Abziehwerkzeug und Werkstück auch dann aufbaut, wenn letzteres taumelt, und/oder das Abziehwerkzeug nicht exakt parallel zur zu bearbeitenden Werkstückoberfläche ausgerichtet ist. Auch hier wird zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obenstehenden Erläuterungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
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Besonders bevorzugt erfolgt die Durchführung des beschriebenen Verfahrens unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß obiger Definition derselben.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht;
- 2 die Ausführungsform aus 1 als Schnittansicht;
- 3 ein Detail der Ausführungsform aus einer anderen Richtung gesehen;
- 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 5 eine andere Ansicht dieser Ausführungsform;
- 6 eine Ausführungsform, nach welcher die Vorrichtung an einem Werkzeugrevolver einer CNC-Drehmaschine angebracht ist.
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In der 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. 2 zeigt dieselbe Ausführungsform in einer Schnittansicht. Schraffuren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser Figur weggelassen.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ein im Bild rechts liegendes Abziehwerkzeug 2. Dieses ist an einem Adapter 3 angeordnet, welcher seinerseits an einem Werkzeughalter 4 angebracht ist. Der Werkzeughalter 4 wiederum ist dafür vorgesehen, an einer entsprechenden Aufnahme einer Drehmaschine (nicht dargestellt) angebracht zu werden.
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Berühren sich Abziehwerkzeug 2 und Werkstück 5 im Bereich der Kontaktfläche 6, so bildet sich eine Druckkraft F aus (Doppelpfeil), welche zu einer materialabnehmenden Bearbeitung des Werkstücks 5 führt, wenn das Werkstück 5 um seine Werkstückachse 5` rotiert.
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Zwischen Adapter 3 und Abziehwerkzeug 2 ist ein Linearführungssystem angeordnet. Dieses umfasst in der dargestellten, einfachen Ausführungsform ein Verbindungsstück 7, welches am Werkzeughalter 4 anbringbar ist. Die Verbindungsschrauben sind aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen. Am Verbindungsstück 7 ist eine starre Schiene 8 befestigt, welche der linearen Führung dient. Die Schiene 8 an den drei freien Seiten umfassend ist ein Federelement 9 aus elastischem Material angeordnet. Mittels einer Schraube (nicht dargestellt) ist das Federelement 9 am Schlitten 10 befestigt, so dass es Druckkraft auf dieses übertragen kann, ohne wegzugleiten. In 3 ist erkennbar, dass die Außenseiten des Federelements 9 von den sie umgebenden Flächen beabstandet sind; somit kann sich das Federelement 9 in Richtung dieser Flächen ungehindert ausdehnen, wenn es aufgrund der Druckkraft F gestaucht wird.
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Ebenfalls die Schiene 8 an den drei freien Seiten unter Beibehaltung eines kleinen Spalts umfassend, und somit von ihr führend, ist ein Schlitten 10 vorhanden. An seiner Stirnfläche 10` ist er mit dem Federelement 9 verbunden. An seiner in 1 und 2 nach rechts weisenden Seite ist er mit einem Schleifmittelhalter 11 verbunden, der das eigentliche Abziehwerkzeug 2 hält.
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Baut sich nun bei Kontakt zwischen Abziehwerkzeug 2 und Werkstück 5 eine Druckkraft F auf, wird diese durch das Abziehwerkzeug 2 und den Schleifmittelhalter 11 auf den Schlitten 10 übertragen. Dieser bewegt sich linear auf der Schiene 8, wobei er das mit ihr verbundene Federelement 9 komprimiert; dieses wird aus einer Ruhelage ausgelenkt, so dass eventuelle Taumelbewegungen des rotierenden Werkstücks 5 ausgeglichen werden können.
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In der 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Diese unterscheidet sich in mehreren Punkten von der zuvor beschriebenen, einfacheren Ausführungsform. In 5 sind bereits in 4 eingeführte Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit weitgehend fortgelassen.
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Demnach umfasst die Vorrichtung 1 ein Abziehwerkzeug 2, welches eine ebene Kontaktfläche 6 aufweist, so dass sich ein linienförmiger Kontakt mit dem Werkstück 5 ausbildet. Das Abziehwerkzeug 2 ist derart am Adapter 3 gelagert, dass die Kontaktfläche 6 auch bei einem Winkel zwischen Werkstückachse 5' und Drehfutterachse (nicht gezeigt) linienförmig oder vollflächig an der Mantelfläche des Werkstücks 5 anliegt. Ein solcher Winkel ergibt sich insbesondere beim bereits beschriebenen Taumeln des Werkstücks 5.
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Hierfür ist das Abziehwerkzeug 2 über ein Drehgelenk 12 mittels eines Zwischenhalters 13 mit dem Adapter 3 verbunden, wobei die Drehgelenksachse 12` normal auf einer Ebene (nicht dargestellt) liegt, in welcher die Werkstückachse 5' verläuft, wobei Drehgelenksachse 12` und Werkstückachse 5' voneinander beabstandet sind. Aufgrund der Orientierung von Drehgelenk 12 und Drehgelenksachse 12' einerseits und Werkstückachse 5' andererseits führt ein Taumeln des Werkstücks 5 zu einem Hin- und Herschwenken des Abziehwerkzeugs 2 um besagte Drehgelenksachse 12'. Somit ist sichergestellt, dass die oben beschriebene „Ausgleichsbewegung“ auch tatsächlich ausführbar ist.
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Zur Einstellbarkeit der Ruheposition des Abziehwerkzeugs 2 ist eine Stellschraube 14 (s. 5) vorgesehen, welche auf das nicht sichtbare Federelement 9 wirkt und dessen Vorspannung ändern kann. Das Federelement 9 ist Teil eines Linearführungssystems 15, das zwischen Adapter 3 und Abziehwerkzeug 2 angeordnet, und dessen Abdeckung in 5 entfernt ist.
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Die Vorrichtung 1 umfasst als Werkzeughalter 4 einen handelsüblichen Drehstahlhalter.
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In 6, in welcher die Bezugszeichen fortgelassen sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 an einem Werkzeugrevolver einer CNC-Drehmaschine (nicht gezeigt) angebracht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Abziehwerkzeug
- 3
- Adapter
- 4
- Werkzeughalter
- 5
- Werkstück
- 5'
- Werkstückachse
- 6
- Kontaktfläche
- 7
- Verbindungsstück
- 8
- Schiene
- 9
- Federelement
- 10
- Schlitten
- 11
- Schleifmittelhalter
- 12
- Drehgelenk
- 12`
- Drehgelenksachse
- 13
- Zwischenhalter
- 14
- Stellschraube
- 15
- Linearführungssystem
- F
- Druckkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 69880-1/ISO 10889-1 [0010]
