DE19509524A1 - Feed-out-Werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feed-out-Werkzeug zur spanabhebenden Feinbearbeitung von Metall gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Feed-out-Werkzeuge der hier angesprochenen Art um­ fassen zwei ineinanderliegende, in axialer Richtung zueinander verschieblich angeordnete Teilwerkzeuge, die jeweils mit Schneiden für die Feinbearbeitung von Metall ausgestattet sind. Beispielsweise bei der Bearbeitung des Ventilsitzes in einem Zylinder­ kopf einer Brennkraftmaschine wird das innenlie­ gende Teilwerkzeug zurückgezogen, bis der Ventil­ sitz mit dem außenliegenden Teilwerkzeug fertig be­ arbeitet ist. Dann wird - beispielsweise durch eine geeignete Hydraulik - das innenliegende Teilwerkzeug ausgefahren und die Bohrung für die Ventilführung bearbeitet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Ventilsitz und die Bohrung für die Ventilfüh­ rung praktisch vollständig konzentrisch zueinander angeordnet sind. Das für die Bearbeitung des Ven­ tilsitzes beziehungsweise der Ventilführung erfor­ derliche Drehmoment wird auf bekannte Weise, bei­ spielsweise über eine Maschinenspindel, auf das äußere Teilwerkzeug übertragen. Das innere Teil­ werkzeug ist so im äußeren Teilwerkzeug gelagert, daß das Drehmoment vom äußeren auf das innere Teil­ werkzeug übertragen wird. Dies wird durch einen ge­ eigneten Formschluß zwischen den beiden Teilwerk­ zeugen gewährleistet.

Es hat sich gezeigt, daß der Antrieb für das Feed- out-Werkzeug sehr aufwendig ist, weil eine spe­ zielle Werkzeugspindel verwendet werden muß, die eine Hydraulik oder eine Innenspindel für den An­ trieb des Innenwerkzeugs aufweist. Diese ist in Richtung der Drehachse des Werkzeugs axial verla­ gerbar, wobei, wie oben gesagt, das innere Teil­ werkzeug gegenüber dem äußeren verschiebbar ist. Die für derartige Feed-out-Systeme vorgesehenen Spindeln sind daher sehr aufwendig gebaut und zeichnen sich durch eine große Länge aus. Daher ist auch der Preis derartiger Spindeln sehr hoch. Sie bedingen außerdem aufwendige Konstruktionen der Werkzeugmaschinen, bei denen derartige Feed-out-Sy­ steme eingesetzt werden sollen. Ein weiterer gra­ vierender Nachteil derartiger Systeme ist, daß die für die Metallbearbeitung vorgesehenen Teilwerk­ zeuge nur manuell wechselbar sind, wodurch lange und kostenintensive Umrüstzeiten erforderlich sind.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Feed-out-Werkzeug mit einem wesentlich einfacheren Aufbau zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem Feed-out-Werkzeug der eingangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, daß im Werk­ zeug selbst eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, die die Relativbewegung der Teilwerkzeuge zu­ einander bewirkt, können einfach aufgebaute Werk­ zeugspindeln im Zusammenhang mit einem erfindungs­ gemäßen Feed-out-Werkzeug eingesetzt werden.

Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Werk­ zeugs, bei dem die Antriebseinrichtung einen Elek­ tromotor umfaßt. Derartige Motoren können klein ausgebildet sein und dennoch hohe Drehmomente auf­ bringen. Außerdem ist es relativ einfach, bei­ spielsweise über Schleifringe, die Energieversor­ gung derartiger Antriebseinrichtungen sicherzustel­ len.

Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Feed- out-Werkzeugs, bei dem die Antriebseinrichtung ein rotierendes Gewindeelement umfaßt, das mit einem gegen Rotation gesicherten, axial verlagerbaren An­ triebselement zusammenwirkt. Eine derartige An­ triebseinrichtung ist einfach aufgebaut und damit preiswert und relativ unanfällig gegen Störungen realisierbar.

Bevorzugt wird ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das rotierende Gewindeelement durch einen hohlen Rotor eines Elektromotors gebildet wird, der ein Innengewinde aufweist. Eine derartige Ausge­ staltung führt zu einer sehr kompakten beziehungs­ weise kurzen Ausgestaltung des Werkzeugs, wodurch die Hebelwirkungen auf die das Werkzeug haltende Spanneinrichtung relativ klein wird und eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet ist.

Bevorzugt wird überdies ein Ausführungsbeispiel des Feed-out-Werkzeugs, bei dem das axial verlagerbare Antriebselement eine Werkzeugaufnahme umfaßt, in die das innere Teilwerkzeug von vorne einsetzbar ist. Ein Werkzeugwechsel ist damit besonders ein­ fach gegebenenfalls auch automatisch möglich.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übri­ gen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Feed-out-Werkzeugs im Teilschnitt;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines inneren Teilwerkzeugs in einer ersten Seitenan­ sicht und

Fig. 3 das Teilwerkzeug gemäß Fig. 2 in einer weiteren Seitenansicht.

Das in Fig. 1 dargestellte Feed-out-Werkzeug 1 weist zwei ineinanderliegende, in axialer Richtung zueinander verschieblich angeordnete Teilwerkzeuge auf, nämlich ein äußeres erstes Teilwerkzeug 3, das auf seinem einen, hier linken Ende mit einem Hohl­ schaft 5 versehen ist, der der Befestigung bei­ spielsweise in einer Werkzeugspindel dient. Im In­ neren des ersten Teilwerkzeugs ist in einer Auf­ nahme 8 ein zweites Teilwerkzeug 7 gelagert, das in axialer Richtung verschieblich und hier in seiner eingezogenen Stellung wiedergegeben ist. Zur Verla­ gerung des zweiten Teilwerkzeugs 7 gegenüber dem ersten Teilwerkzeug 3 ist eine Antriebseinrichtung 9 vorgesehen, die im Inneren des Feed-out-Werkzeugs 1 angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung 9 ist un­ abhängig von dem das Werkzeug in Rotation verset­ zenden Antrieb und umfaßt einen hier als Elektromo­ tor ausgebildeten Motor 11, dessen Antriebswelle drehfest mit einer Gewindestange 13 verbunden ist. Diese ist auf ihrer Außenfläche mit einem Außenge­ winde versehen, das mit einem gegen Rotation gesi­ cherten, axial verlagerbaren Antriebselement 15 zu­ sammenwirkt. Diese ist hier durch seine Ausgestal­ tung als Vielkant, vorzugsweise als Vielkeilwelle, gegen Rotation gesichert. Das Antriebselement 15 ist im Inneren des ersten Teilwerkzeuges 3 axial verlagerbar. Um die Reibungskräfte zu vermindern, weist die Aufnahme 8 hier eine Büchse 17, vorzugs­ weise eine Hochgeschwindigkeits-Führungsbüchse, auf, die eine verkantungsfreie axiale Verlagerung des Antriebselements 15 erlaubt. An dem der An­ triebseinrichtung 9 gegenüberliegenden Ende der Büchse 17 ist eine Führung 19 für das zweite Teil­ werkzeug 7 vorgesehen, die beispielsweise als ge­ schlossene Hülse ausgebildet ist. Denkbar ist es auch hier Führungsleisten zur Abstützung des zwei­ ten Teilwerkzeugs 7 vorzusehen.

Das Antriebselement 15 ist an seinem der Antriebs­ einrichtung 9 gegenüberliegenden Ende mit einer Werkzeugaufnahme 21 versehen, die das zweite Teil­ werkzeug 7 aufnimmt, wobei einerseits in axialer Richtung, also in Richtung der gemeinsamen Drehachse 23 des ersten Teilwerkzeugs 3 und des zweiten Teilwerkzeugs 7 wirkende Kräfte und ande­ rerseits ein auf das erste Teilwerkzeug 3 ausgeüb­ tes Drehmoment auf das zweite Teilwerkzeug 7 über­ tragen werden. Die Werkzeugaufnahme 21 ist hier beispielhaft mit einer Schlitzkontur 25 versehen, die Teil eines Bajonettverschlusses ist.

Fig. 2 zeigt das aus dem Feed-out-Werkzeug 1 her­ ausgenommene zweite Teilwerkzeug 7 in Seitenan­ sicht, gemeinsam mit der Werkzeugaufnahme 21, hier allerdings in demontiertem Zustand. Es ist ersicht­ lich, daß das zweite Teilwerkzeug 7 mit einem die Umfangsfläche des im übrigen zylindrisch ausgebil­ deten zweiten Teilwerkzeugs überragenden Verriege­ lungszapfen 27 versehen ist, der in die Schlitzkon­ tur 25 eingreift und das zweite Teilwerkzeug 7 ver­ riegelnd hält.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 3 ist das zweite Teilwerkzeug 7 um 90° gedreht, ebenso die Werkzeug­ aufnahme 21, so daß die Schlitzkontur 25 in Drauf­ sicht dargestellt und deutlich erkennbar ist. Die Schlitzkontur 25 weist einen sich in axialer Rich­ tung, das heißt in Richtung der Drehachse 23 er­ streckenden ersten Teilschlitz 29 und einen mit diesem verbundenen quer zu diesem verlaufenden zweiten Teilschlitz 31 auf.

Die Montage des zweiten Teilwerkzeugs 7 ist damit sehr einfach möglich. Es kann in die Werkzeugauf­ nahme 21 eingesteckt werden, wobei der Vorsprung 27 im ersten Teilschlitz 29 entlangläuft. Durch eine kurze Drehung gelangt der Vorsprung 27 in den zwei­ ten Teilschlitz 31, so daß das zweite Teilwerkzeug sicher gehalten wird, - wobei sowohl axiale Kräfte als auch - bei entsprechender Drehung des Feed-out- Werkzeugs 1 - Drehmomente übertragen werden können.

Wird die Antriebseinrichtung 9 aktiviert, dreht sich die Gewindestange 13 in einer ersten Richtung, wodurch das Antriebselement 15 beispielsweise - in Fig. 1 - nach rechts verlagert wird, so daß das zweite Teilwerkzeug 7 aus dem ersten Teilwerkzeug 3 ausgeschoben wird.

Bei einer Aktivierung der Antriebseinrichtung 9 in entgegengesetzter Richtung wird das Antriebselement 15 - in Fig. 1 - nach links verlagert und das zweite Teilwerkzeug 7 in das Innere des ersten Teilwerk­ zeugs 3 eingezogen.

Das rotierende Gewindeelement, das in axialer Rich­ tung gesehen feststehend ausgebildet ist, kann also - je nach Drehrichtung - das gegen Rotation gesi­ cherte axial verlagerbare Antriebselement nach rechts oder links verschieben und damit das zweite Teilwerkzeug 7 ein- und ausfahren.

Aufgrund des Funktionsprinzips wird deutlich, daß die Antriebseinrichtung 9 auch einen Motor 11 mit einem hohlen Rotor aufweisen kann, der eine Durch­ gangsbohrung aufweist, die mit einem Innengewinde versehen ist. In das Innere eines derartigen rotie­ renden Gewindeelements kann ein axial verlagerbares Antriebselement eingebracht werden, das ein Außen­ gewinde aufweist und das bei einer entsprechenden Drehbewegung des Rotors ein- beziehungsweise ausge­ schoben wird. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung kann auf die Gewindestange 13, die in Fig. 1 dargestellt ist verzichtet wer­ den. Da das Antriebselement bei entsprechender Aus­ gestaltung praktisch ganz in den Motor 11 einfahren kann, verkürzt sich die Baulänge des ersten Teil­ werkzeugs 3 wesentlich. Dies führt zu einer deut­ lich höheren Stabilität des Feed-out-Werkzeugs 1 und damit zu besseren Bearbeitungsergebnissen, was insbesondere bei der Feinbearbeitung von größter Bedeutung ist.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinrichtung 9 in eine geeignete Ausneh­ mung 33 im Inneren des ersten Teilwerkzeugs 3 un­ tergebracht. Die Antriebseinrichtung 9 ist durch einen Deckel 35 flüssigkeitsdicht eingeschlossen und durch geeigneten Formschluß, beispielweise durch eine Befestigungsschraube 37 gegen eine Ver­ drehung gesichert. Damit kann das von der Antriebs­ einrichtung 9 erzeugte Drehmoment sicher übertragen werden. Die Antriebseinrichtung 9 ist hier konzen­ trisch zur Drehachse 23 angeordnet. Sollte noch ein Getriebe zwischengeschaltet sein, ist auch eine ex­ zentrische Anordnung denkbar.

Ein auf das erste Teilwerkzeug 3 ausgeübtes Drehmo­ ment wird über das beispielsweise als Vielkeilwelle ausgebildete Antriebselement 15 auf das zweite Teilwerkzeug 7 übertragen. Dieses dreht sich also synchron mit dem ersten Teilwerkzeug 3.

Bei der hochgenauen Bearbeitung einer Bohrung wird bei dem Einsatz des hier beschriebenen Feed-out- Werkzeugs 1 zunächst das erste Teilwerkzeug 3, auf dessen Außenseite geeignete Messerplatten gegebe­ nenfalls auch Führungsleisten vorgesehen sind, mit der zu bearbeitenden Bohrungsoberfläche in Eingriff gebracht. Bevorzugt wird, wie oben gesagt, dieses Feed-out-Werkzeug zur Bearbeitung des Ventilsitzes im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine einge­ setzt. Bei Bedarf kann nun die Antriebseinrichtung 9 aktiviert und das zweite Teilwerkzeug 7 aus dem Inneren des ersten Teilwerkzeugs 3 ausgefahren wer­ den, so daß die Schneideinrichtung des zweiten Teilwerkzeugs 7, beispielsweise eine von einer Spannpratze 39 gehaltene Messerplatte, mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks in Eingriff tritt. Das zweite Teilwerkzeug 7 wird dabei sicher vom ersten Teilwerkzeug 3 geführt. Außerdem sind die von dem ersten Teilwerkzeug 3 und dem zweiten Teilwerkzeug 7 bearbeiteten Oberflächen optimal konzentrisch.

Bei dem hier beschrieben Feed-out-Werkzeug 1 wird das zweite Teilwerkzeug 7 von vorne, also von der der Antriebseinrichtung 9 beziehungsweise dem Hohl­ schaft 5 abgewandten Seite eingesetzt. Ein Werk­ zeugwechsel ist daher besonders einfach, gegebenen­ falls auch automatisch möglich. Darüber hinaus ist das zweite Teilwerkzeug 7 relativ kurz ausgebildet und damit preiswert herstellbar.

Bei herkömmlichen Feed-out-Werkzeugen wird das in­ nere zweite Teilwerkzeug häufig von hinten, also durch das rückseitige beziehungsweise schaftseitige Ende eingeführt, so daß die Schneideinrichtung einen relativ langen Weg im Inneren des ersten Teilwerkzeugs zurücklegen muß. Dabei kommt es häu­ fig zu Beschädigungen der sehr feinen und exakt eingestellten Messerplatte 41. Bei der hier vorge­ schlagenen Montageweise sind die Risiken der Be­ schädigung der Messerplatte 41 wesentlich redu­ ziert.

Wenn die Antriebseinrichtung, wie hier beschrieben, einen Elektromotor aufweist, ist die Ansteuerung besonders einfach möglich. Es ist darüber hinaus denkbar, den Vorschubweg und die Vorschubgeschwin­ digkeit des zweiten Teilwerkzeugs 7 angepaßt an die zu bearbeitenden Oberflächen vorzugeben und im Rah­ men einer automatischen Steuerung zu wählen und zu realisieren.

In der Beschreibung des Feed-out-Werkzeugs 1 wurde hier davon ausgegangen, daß die Antriebseinrichtung 9 einen elektrischen Motor aufweist. Denkbar ist auch, daß hier ein pneumatisch oder hydraulisch an­ getriebener Motor anstelle des Elektromotors 11 Verwendung findet.

Nach allem wird auch deutlich, daß letztlich auch mehrere Antriebseinrichtungen vorgesehen werden können, die mehrere Teilwerkzeuge gemeinsam oder unabhängig voneinander in axialer oder auch in ra­ dialer Richtung gegenüber dem ersten Teilwerkzeug 3 bewegen.

Claims (17)

1. Feed-out-Werkzeug zur spanabhebenden Feinbear­ beitung von Metall, mit zumindest zwei ineinander­ liegenden, zueinander verschieblich angeordneten Teilwerkzeugen, gekennzeichnet durch eine im Feed- out-Werkzeug (1) angeordnete, die Relativbewegung der Teilwerkzeuge (3; 7) zueinander bewirkende An­ triebseinrichtung (9).

2. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (9) einen Motor (11) vorzugsweise Elektromotor umfaßt.

3. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (9) ein rotierendes Gewindeelement (Gewindestange (13)) umfaßt, das mit einem gegen Rotation gesi­ cherten, axial verlagerbaren Antriebselement (15) zusammenwirkt.

4. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rotierende Gewindeelement (Gewindestange (13)) - in axialer Richtung gesehen - feststehend ausgebildet ist.

5. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rotierende Gewindeelement durch ein hohles Rohr gebildet wird, das mit einem Innengewinde versehen ist.

6. Feed-out-Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das axial verlager­ bare Antriebselement mit einem Außengewinde verse­ hen ist, das mit dem Innengewinde des rotierenden Gewindeelements kämmt.

7. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rotierende Gewindeelement durch eine Gewindestange (13) gebildet wird, die mit einem Außengewinde versehen ist.

8. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das axial verlagerbare Antriebs­ element (15) mit einem Innengewinde versehen ist, das mit dem Außengewinde des rotierenden Gewinde­ elements (Gewindestange (13)) kämmt.

9. Feed-out-Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das axial verlager­ bare Antriebselement (15) eine Werkzeugaufnahme (21) umfaßt.

10. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die Werkzeugaufnahme (21) ein Teilwerkzeug (zweites Teilwerkzeug (7)) von vorne, also von der der Antriebseinrichtung (9) abgewand­ ten Seite des Feed-out-Werkzeugs (1) einsetzbar ist.

11. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (21) eine Bajonett-Verriegelung aufweist.

12. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bajonett-Verriegelung (Schlitzkontur (25)) mit wenigstens einem über die Umfangsfläche des Teilwerkzeugs (zweites Teilwerk­ zeug (7)) überstehenden Vorsprung (27) zusammen­ wirkt.

13. Feed-out-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drehmoment­ übertragungseinrichtung zwischen den Teilwerkzeugen (3; 7).

14. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehmoment-Übertragungsein­ richtung als Vielkeilwelle ausgebildet ist.

15. Feed-out-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das außen­ liegende erste Teilwerkzeug (3) eine Aufnahme (8) für das innenliegende Teilwerkzeug (zweites Teil­ werkzeug (7)) aufweist, und daß die Aufnahme eine Führung (19) für das innenliegende Teilwerkzeug um­ faßt.

16. Feed-out-Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führung (19) eine geschlos­ sene Hülse und/oder Führungsleisten umfaßt.

17. Feed-out-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehach­ sen (23) der beiden Teilwerkzeuge (3; 7) zusammen­ fallen.