DE19908037A1 - Werkzeug zur Materialbearbeitung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Materialbearbeitung, insbesondere Schleifwerkzeug, mit einem Werkzeugkörper (11) und einer Vielzahl von Bearbeitungsbereichen (14), die auf einem Eingriffskreis des Werkzeugkörpers (11) angeordnet sind und ein Bearbeitungsprofil (23) zur profilierten Bearbeitung eines Werkstücks aufweisen, wobei das Bearbeitungsprofil (23) der Bearbeitungsbereiche (14) in Richtung der Profillängsachse (24) konstant ist und die Bearbeitungsbereiche derart auf dem Eingriffskreis (16) angeordnet sind, daß die Profillängsachse den Eingriffskreis schneidet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Materialbearbeitung, insbesondere ein Schleifwerkzeug, mit einem Werkzeugkörper und einer Vielzahl von Bearbeitungsbereichen, die auf einem Eingriffskreis des Werkzeugkörpers angeordnet sind und ein Bearbeitungsprofil zur profi­ lierten Bearbeitung eines Werkstücks aufweisen.

Werkzeuge der eingangs genannten Art, insbesondere Schleifwerkzeuge, werden zur Gestaltung von profilierten Oberflächen von Werkstücken verwendet und weisen hierzu entsprechend profilierte Bearbeitungsberei­ che auf. Dabei können die profilierten Werkzeuge beispielsweise zur unmittelbaren Profilabbildung im Werkstück, wie beispielsweise bei der Herstellung von Nuten durch Schleifen, oder auch zu einer flächigen Bearbeitung der Werkstückoberfläche mit einer Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug eingesetzt werden, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Zahnradflanken im Schleifverfahren der Fall ist.

Bei den bekannten Werkzeugen findet aufgrund der bekannten Orientie­ rung der Profilkontur der Bearbeitungsbereiche auf dem Eingriffskreis des Werkzeugs und des abrasiven Bearbeitungsvorgangs ein Kornabtrag auf der gesamten Profilkontur statt, so daß die Profilhaltigkeit der be­ kannten Werkzeuge überwacht und bei Feststellung von für die weitere Bearbeitung nicht mehr tolerierbaren Veränderungen der Profilkontur durch ein sogenanntes "Abziehen" des Schleifwerkzeugs wiederherge­ stellt werden muß. Je nach Art und Umfang des Bearbeitungsvorgangs ergeben sich hieraus mehr oder weniger häufige Unterbrechungen des Bearbeitungsvorgangs zur Wiederherstellung der Profilhaltigkeit des Werkzeugs bzw. für einen Austausch des Schleifwerkzeugs.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schleifwerkzeug vorzuschlagen, das eine gegenüber den bekannten Werkzeugen verbesserte Profilhaltigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug sind die Bearbeitungsbereiche auf dem Werkzeugkörper so ausgebildet, daß das Bearbeitungsprofil in Richtung der Profillängsachse konstant ist, und die Bearbeitungsbereiche sind derart auf dem Eingriffskreis angeordnet, daß die Profillängsachse den Eingriffskreis schneidet.

Mit den vorgenannten Merkmalen wird ein Werkzeug ermöglicht, bei dem abweichend von den bekannten Werkzeugen die Profilkontur in Pro­ fillängsrichtung sich nicht entlang dem Eingriffskreis erstreckt, sondern bei dem vielmehr die Profilkontur in Längsrichtung des Profils unter einem Winkel zum Eingriffskreis angeordnet ist, so daß die Profillängs­ achse den Eingriffskreis schneidet. Eine derartige Gestaltung der Bear­ beitungsbereiche hat zur Folge, daß die Abnutzung der Bearbeitungsbe­ reiche nur in einer Kontaktfläche auf dem Eingriffskreis erfolgt, so daß infolge der Abnutzung der Bearbeitungsbereiche ständig neue quer zur Profillängsachse angeordnete Profilkonturen in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück kommen. Hierdurch wird das bei den bekannten Schleifwerkzeugen notwendige Abrichten bzw. Profilieren bei dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug überflüssig.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Schleifwerkzeugs sind die Bearbeitungsbereiche als Bearbeitungselemente ausgebildet und auf einem Aufnahmekreis des Werkzeugkörpers angeordnet. Hierdurch wird es möglich, grundsätzlich gleich ausgebildete Bearbeitungselemente durch Kombination mit geeigneten Werkzeugkörpern für unterschiedliche Schleifbearbeitungsvorgänge zu verwenden. So können grundsätzlich bei einer planaren Schleifscheibe dieselben Bearbeitungselemente verwendet werden wie bei einer Topfscheibe.

Darüber hinaus sind Kombinationen mit Werkzeugkörpern möglich, wie sie zur Fräsbearbeitung oder zum Bohren verwendet werden, wobei hier anstatt der bekannten Verwendung von Hartmetallschneideinsätzen mit bestimmter, in ihrer Geometrie konstanter Schneide ein Einsatz aus abrasivem Material verwendet wird, der eine Materialbearbeitung mit sogenannter "nicht bestimmter Schneide" ermöglicht, da infolge der Abnutzung des Schneidwerkzeugs ständig neue Schneiden mit dem Werkstück in Kontakt kommen.

Von besonderem Vorteil erweist es sich, wenn die Bearbeitungselemente mit regelmäßigem Abstand voneinander auf einem Teilkreis des Werk­ zeugkörpers angeordnet sind, da hierdurch beispielsweise Zwischenräume für den Abtransport von Material- und Schleifmitteln während des Bear­ beitungsvorgangs geschaffen werden.

Wenn die Bearbeitungselemente zwei auf dem Eingriffskreis angeordnete Eingriffsenden aufweisen, können mit nur einem Bearbeitungselement zwei Schleifkontaktflächen zur abrasiven Bearbeitung des Werkstücks bereitgestellt werden.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn zwischen den Bearbei­ tungselementen ausgebildete Zwischenräume zur Aufnahme von Zusatz­ einrichtungen dienen, wie beispielsweise Zuführeinrichtungen für Kühl- Schmierstoffe oder als Sensoreinrichtungen ausgebildete Zusatzeinrich­ tungen, die zur Überwachung von Werkzeug- und/oder Werkstück- Parametern während der Werkstückbearbeitung einsetzbar sind.

Die Bearbeitungselemente können vollständig aus mehrschichtig überein­ ander angeordneten Kornschichten bestehen oder auch aus Schleifmittel­ trägern, auf die ein- oder mehrschichtig mit einer geeigneten Bindung Kornschichten aufgebracht sind, wobei in letzterem Fall der Schleifmit­ telträger infolge der abrasiven Bearbeitung verbraucht wird.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Schleifwerk­ zeugs anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schleifscheibe mit auf einem Werkzeugkörper angeord­ neten Bearbeitungselementen;

Fig. 2 den Eingriffsbereich zwischen der in Fig. 1 dargestellten Schleifscheibe und einem Werkstück bei der Herstellung ei­ ner Längsnut mittels Schleifbearbeitung;

Fig. 3 eine Querschnittdarstellung des in Fig. 2 dargestellten Ein­ griffsbereichs entsprechend Schnittlinienverlauf III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schleifscheibe mit gegenüber der Darstellung in Fig. 1 variierten Bearbeitungselementen;

Fig. 5 eine Topfscheibe in Schnittdarstellung;

Fig. 6 eine Teilseitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Topfscheibe entsprechend dem Pfeil VI in Fig. 5;

Fig. 7 einer in der Darstellung Fig. 6 entsprechende Darstellung einer Topfscheibe mit einem gegenüber Fig. 6 geänderten Bearbeitungselement.

Fig. 1 zeigt eine Schleifscheibe 10 mit einem scheibenförmigen Werk­ zeugkörper 11, der auf seinem äußeren Umfangsrand 12 auf einem Teil­ kreis 13 angeordnete Bearbeitungselemente 14 aufweist, die im vorlie­ genden Fall einen mehrschichtigen Aufbau aus abrasiven Körnungen in einer Kunstharzbindung aufweisen. Auch hiervon abweichende Bindun­ gen, wie beispielsweise keramische, metallische oder galvanische Bin­ dungen sind möglich, um Bearbeitungselemente 14 aufzubauen.

Die Bearbeitungselemente 14 sind in gleichmäßig im Umfangsrand 12 verteilt angeordneten Elementsitzen 15 aufgenommen und können dort beispielsweise durch Klebung gesichert sein.

Neben der Schleifscheibe 10 ist in Fig. 1 mit strich-punktiertem Linien­ verlauf ein Eingriffskreis 16 dargestellt, der sich infolge einer Schleifbe­ arbeitung einer Werkstückoberfläche 17 ergibt. In Fig. 1 sind die Bear­ beitungselemente 14 mit einem Konturverlauf dargestellt, der bereits eine Kontaktfläche 18 aufweist, die sich erst infolge des Schleifkontakts mit der Werkstückoberfläche 17 auf dem Eingriffskreis 16 ergibt. Im Aus­ gangszustand, also vor Beginn der Schleifbearbeitung bzw. vor einem Abrichtvorgang, um für eine nachfolgende Schleifbearbeitung die Schleif-Kontaktflächen 18 auf den Bearbeitungselementen 14 auszubil­ den, weisen die Bearbeitungselemente 14 die durch den gestrichelten Linienverlauf ergänzte Ausgangskontur auf.

Fig. 2 zeigt den zwischen einem Bearbeitungselement 14 und einer Werkstückoberfläche 19 bei der Schleifbearbeitung eines Werkstücks 20 gebildeten Eingriffsbereich 21 in vergrößerter Darstellung. Die in Fig. 2 dargestellte Schleifbearbeitung dient zur Ausbildung einer längs auf der Werkstückoberfläche 19 des Werkstücks 20 angeordneten Nut 22 mit einem durch das Profil der Bearbeitungselemente 14 vorgegebenen Nutprofil. Fig. 3 zeigt das Profil 23 des im Eingriffsbereich 21 befindli­ chen Bearbeitungselements 14 in einem zur Werkstückoberfläche 19 senkrechten Schnitt. Das Bearbeitungselement 14 weist eine in Richtung seiner Längsachse 24 konstante Profilkontur 25 (Fig. 3) auf mit einer Profillängskontur 26 (Fig. 2), die parallel zur Längsachse 24 des Bear­ beitungselementes 14 verläuft.

Zur Durchführung der in Fig. 2 dargestellten Schleifbearbeitung kann die Schleifscheibe 10 in beliebiger Richtung 28 rotiert werden. Entsprechend der in Fig. 2 angegebenen, beliebig ausgewählten Längsvorschubrichtung 27 nach links erfolgt die Rotation der Schleifscheibe 10 bei dem ausge­ wählten Beispiel ebenfalls in diese Richtung. Zum Ausgleich des infolge der Schleifbearbeitung am Bearbeitungselement 14 auftretenden Abriebs wird den beiden vorgenannten Bewegungen noch eine Zustellbewegung quer zur Werkstückoberfläche 19 in Richtung des Pfeils 29 überlagert.

Infolge der Schleifbearbeitung und der Zustellbewegung 29 bildet sich die Kontaktfläche 18 während der Schleifbearbeitung immer wieder neu auf dem jeweils neu ausgebildeten Eingriffskreis 16 aus. Dabei kommen entsprechend der Darstellung in Fig. 2 nachfolgend entsprechend neue, unverbrauchte Profilkonturen 30, 31, 32 mit der Werkstückoberfläche 19 in Eingriff. Durch den vorstehend bereits erwähnten mehrschichtigen Aufbau des Bearbeitungselements 14 kommen entsprechend immer wieder neue Schleifkornschichten mit unverbrauchtem Profil und Schleifkorn in Eingriff mit der Werkstückoberfläche 19. Auf diese Art und Weise erfolgt bei dem in Fig. 2 dargestellten Bearbeitungselement 14 keine Abnutzung einer andauernd in Eingriff mit einer Werkstückoberfläche befindlichen Profilkontur, sondern vielmehr eine kontinuierliche Erneuerung der im Eingriff mit der Werkstückoberfläche befindlichen Profilkontur. Somit arbeitet die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schleifscheibe 10 im soge­ nannten "Selbstschärfebereich". Aufgrund des lediglich zeitweise erfol­ genden Eingriffs zwischen der Schleifscheibe 10 und der Werkstückober­ fläche 19 werden vergleichsweise geringere Bearbeitungskräfte an der Schleifscheibe 10 wirksam, so daß eine entsprechend geringere Lei­ stungsaufnahme des Antriebsmotors der Schleifscheibe 10 die Folge ist.

Fig. 4 zeigt eine Schleifscheibe 33, die entsprechend der in Fig. 1 darge­ stellten Schleifscheibe 10 auf einem Umfangsrand 34 eines Werkzeugkör­ pers 35 mit gleichmäßig verteilt angeordneten Bearbeitungselementen 36 bestückt ist. Wie im Fall der in Fig. 1 dargestellten Schleifscheibe 10, weist die Schleifscheibe 33 aufgrund der Anordnung und Ausbildung der Bearbeitungselemente 36 insgesamt die Kontur eines Vielecks auf. Im Unterschied zu den in Fig. 1 dargestellten Bearbeitungselementen 14 sind die Bearbeitungselemente 36 mit zwei Eingriffsenden 37, 38 zur Schleif­ bearbeitung einer Werkstückoberfläche versehen, so daß bei gleicher Anzahl der Bearbeitungselemente 36 die doppelte Anzahl von Kontaktflä­ chen 39, 40 möglich ist.

Als eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Schleifwerkzeugs unter Verwendung von Bearbeitungselementen, derart, daß die unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläuterten vorteilhaften Effekte auftreten, sind in den Fig. 5 bis 7 Topfscheiben 41 bzw. 51 dargestellt. Fig. 5 zeigt die Topfscheibe 41 in einer Schnittdarstellung mit einem Werkzeugkörper 42, der an einem Stegrand 43 mit Bearbeitungselementen 44 bestückt ist. Wie in Fig. 5 angedeutet, ist es möglich mit einer derartigen Topfscheibe 41 unter Verwendung von profilierten Bearbeilungselementen 44 auf einer Werkstückoberfläche 45 eine kreisförmige Nut 46 auszubilden.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung der Topfscheibe 41, die verdeutlicht, daß auch bei dieser Ausführungsform die in Fig. 2 aus führ­ lich dargestellten, vorteilhaften Effekte bei der Schleifbearbeitung der Werkstückoberfläche 45 auftreten, wie die in Fig. 6 gestrichelt darge­ stellten Fortschrittslinien 47 bis 49 deutlich machen, die den in Fig. 2 dargestellten Eingriffslinien 19 entsprechen.

Fig. 7 zeigt schließlich in einer der in Fig. 6 dargestellten Ansicht entsprechenden Ansicht ein Bearbeitungselement 50 für eine Topfscheibe 51, das zwei Eingriffsenden 52, 53 zur Ausbildung zweier Kontaktflächen 54, 55 mit einer Werkstückoberfläche 56 aufweist.

Die vorstehend beispielhaft angeführten Anwendungsfälle machen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Werkzeugs deutlich. So ist bei­ spielsweise auch ein Einsatz des Werkzeugs als Abrichtwerkzeug, Dreh­ werkzeug oder Fräswerkzeug möglich.

Claims (8)

1. Werkzeug zur Materialbearbeitung, insbesondere Schleifwerkzeug, mit einem Werkzeugkörper und einer Vielzahl von Bearbeitungsberei­ chen, die auf einem Eingriffskreis des Werkzeugkörpers angeordnet sind und ein Bearbeitungsprofil zur profilierten Bearbeitung eines Werkstücks aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsprofil (23) der Bearbeitungsbereiche (14, 36, 44, 50) in Richtung der Profillängsachse (24) konstant ist und die Bear­ beitungsbereiche derart auf dem Eingriffskreis (16) angeordnet sind, daß die Profillängsachse den Eingriffskreis schneidet.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsbereiche (14, 36, 44, 50) als Bearbeitungsele­ mente ausgebildet sind, die auf einem Aufnahmekreis (13) des Werk­ zeugkörpers (11, 35, 42) angeordnet sind.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekreis (13) als Teilkreis ausgebildet ist und die Be­ arbeitungselemente (14, 36, 44, 50) mit regelmäßigem Abstand von­ einander auf dem Teilkreis des Werkzeugkörpers (11, 35, 42) ange­ ordnet sind.

4. Werkzeug nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungselemente (36, 50) jeweils zwei auf dem Ein­ griffskreis (16) angeordnete Eingriffsenden (37, 38; 52, 53) aufwei­ sen.

5. Werkzeug nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bearbeitungselementen (14, 36, 44, 50) ausgebil­ dete Zwischenräume zur Aufnahme von Zusatzeinrichtungen dienen.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinrichtungen als Zuführeinrichtungen für Kühl- Schmier-Stoffe ausgebildet sind.

7. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinrichtungen als Sensoreinrichtungen zur Überwa­ chung von Werkzeug- und/oder Werkstück-Parametern während der Werkstückbearbeitung ausgebildet sind.

8. Werkzeug nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungselemente (14, 36, 44, 50) aus einem Schleifmit­ telträger mit darauf aufgebrachtem Schleifmittel gebildet sind.