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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 profilierten Bearbeitung
eines Werkstücks
aufweisen.
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Werkzeuge
der eingangs genannten Art, insbesondere Schleifwerkzeuge, werden
zur Gestaltung von profilierten Oberflächen von Werkstücken verwendet
und weisen hierzu entsprechend profilierte Bearbeitungsbereiche
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.
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Bei
den bekannten Werkzeugen findet aufgrund der bekannten Orientierung
der Profilkontur der Bearbeitungsbereiche auf dem Eingriffskreis des Werkzeugks
und des abrasiven Bearbeitungsvorgangs ein Kornabtrag auf der gesamten
Profilkontur statt, so daß die
Profilhaltigkeit der bekannten Werkzeuge überwacht und bei Feststellung
von für
die weitere Bearbeitung nicht mehr tolerierbaren Veränderungen
der Profilkontur durch ein sogenanntes „Abziehen" des Schleifwerkzeugs wiederhergestellt 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.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schleifwerkzeug
vorzuschlagen, das eine gegenüber
den bekannten Werkzeugen verbesserte Profilhaltigkeit aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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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.
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Mit
den vorgenannten Merkmalen wird ein Werkzeug ermöglicht, bei dem abweichend
von den bekannten Werkzeugen die Profilkontur in Profillängsrichtung
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
Profillängsachse
den Eingriffskreis schneidet. Eine derartige Gestaltung der Bearbeitungsbereiche
hat zur Folge, daß die
Abnutzung der Bearbeitungsbereiche 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.
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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.
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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.
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Von
besonderem Vorteil erweist es sich, wenn die Bearbeitungselemente
mit regelmäßigem Abstand
voneinander auf einem Teilkreis des Werkzeugkörpers angeordnet sind, da hierdurch
beispielsweise Zwischenräume
für den
Abtransport von Material- und Schleifmitteln während des Bearbeitungsvorgangs
geschaffen werden.
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Wenn
die Bearbeitungselemente zwei auf dem Eingriffskreis angeordnete
Eingriffsenden aufweisen, können
mit nur einem Bearbeitungselement zwei Schleifkontaktflächen zur
abrasiven Bearbeitung des Werkstücks
bereitgestellt werden.
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Als
besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn zwischen den Bearbeitungselementen
ausgebildete Zwischenräume
zur Aufnahme von Zusat zeinrichtungen dienen, wie beispielsweise
Zuführeinrichtungen
für Kühl-Schmierstoffe oder
als Sensoreinrichtungen ausgebildete Zusatzeinrichtungen, die zur Überwachung
von Werkzeug- und/oder Werkstück-Parametern während der
Werkstückbearbeitung
einsetzbar sind.
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Die
Bearbeitungselemente können
vollständig
aus mehrschichtig übereinander
angeordneten Kornschichten bestehen oder auch aus Schleifmittelträgern, auf
die ein- oder mehrschichtig mit einer geeigneten Bindung Kornschichten
aufgebracht sind, wobei in letzterem Fall der Schleifmittelträger infolge der
abrasiven Bearbeitung verbraucht wird.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
des Schleifwerkzeugs anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Schleifscheibe mit auf einem Werkzeugkörper angeordneten Bearbeitungselementen;
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2 den
Eingriffsbereich zwischen der in 1 dargestellten
Schleifscheibe und einem Werkstück
bei der Herstellung einer Längsnut
mittels Schleifbearbeitung;
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3 eine
Querschnittdarstellung des in 2 dargestellten
Eingriffsbereichs entsprechend Schnittlinienverlauf III-III in 2;
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4 eine
Schleifscheibe mit gegenüber
der Darstellung in 1 variierten Bearbeitungselementen;
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5 eine
Topfscheibe in Schnittdarstellung;
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6 eine
Teilseitenansicht der in 5 dargestellten Topfscheibe
entsprechend dem Pfeil VI in 5;
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7 einer
in der Darstellung 6 entsprechende Darstellung
einer Topfscheibe mit einem gegenüber 6 geänderten
Bearbeitungselement.
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1 zeigt
eine Schleifscheibe 10 mit einem scheibenförmigen Werkzeugkörper 11,
der auf seinem äußeren Umfangsrand 12 auf
einem Teilkreis 13 angeordnete Bearbeitungselemente 14 aufweist,
die im vorliegenden Fall einen mehrschichtigen Aufbau aus abrasiven
Körnungen
in einer Kunstharzbindung aufweisen. Auch hiervon abweichende Bindungen, wie
beispielsweise keramische, metallische oder galvanische Bindungen
sind möglich,
um Bearbeitungselemente 14 aufzubauen.
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Die
Bearbeitungselemente 14 sind in gleichmäßig im Umfangsrand 12 verteilt
angeordneten Elementsitzen 15 aufgenommen und können dort
beispielsweise durch Klebung gesichert sein.
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Neben
der Schleifscheibe 10 ist in 1 mit strich-punktiertem
Linienverlauf ein Eingriffskreis 16 dargestellt, der sich
infolge einer Schleifbearbeitung einer Werkstückoberfläche 17 ergibt. In 1 sind die
Bearbeitungselemente 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 Ausgangszustand, also
vor Beginn der Schleifbearbeitung bzw. vor einem Abrichtvorgang, um
für eine
nachfolgende Schleifbearbeitung die Schleif-Kontaktflächen 18 auf
den Bearbeitungselementen 14 auszubilden, weisen die Bearbeitungselemente 14 die
durch den gestrichelten Linienverlauf ergänzte Ausgangskontur auf.
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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 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. 3 zeigt das Profil 23 des
im Eingriffsbereich 21 befindlichen Bearbeitungselements 14 in
einem zur Werkstückoberfläche 19 senkrechten
Schnitt. Das Bearbeitungselement 14 weist eine in Richtung seiner
Längsachse 24 konstante
Profilkontur 25 (3) auf mit
einer Profillängskontur 26 (2),
die parallel zur Längsachse 24 des
Bearbeitungselementes 14 verläuft.
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Zur
Durchführung
der in 2 dargestellten Schleifbearbeitung kann die Schleifscheibe 10 in
beliebiger Richtung 28 rotiert werden. Entsprechend der
in 2 angegebenen, beliebig ausgewählten Längsvorschubrichtung 27 nach
links erfolgt die Rotation der Schleifscheibe 10 bei dem
ausgewählten 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.
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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 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 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 1 und 2 dargestellte
Schleifscheibe 10 im sogenannten „Selbstschärfebereich". Aufgrund des lediglich zeitweise erfolgenden
Eingriffs zwischen der Schleifscheibe 10 und der Werkstückoberfläche 19 werden vergleichsweise
geringere Bearbeitungskräfte
an der Schleifscheibe 10 wirksam, so daß eine entsprechend geringere
Leistungsaufnahme des Antriebsmotors der Schleifscheibe 10 die
Folge ist.
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4 zeigt
eine Schleifscheibe 33, die entsprechend der in 1 dargestellten
Schleifscheibe 10 auf einem Umfangsrand 34 eines
Werkzeugkörpers 35 mit
gleichmäßig verteilt
angeordneten Bearbeitungselementen 36 bestückt ist.
Wie im Fall der in 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 1 dargestellten
Bearbeitungselementen 14 sind die Bearbeitungselemente 36 mit
zwei Eingriffsenden 37, 38 zur Schleifbearbeitung
einer Werkstückoberfläche versehen,
so daß bei
gleicher Anzahl der Bearbeitungselemente 36 die doppelte
Anzahl von Kontaktflächen 39, 40 möglich ist.
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Als
eine weitere Möglichkeit
zur Ausbildung eines Schleifwerkzeugs unter Verwendung von Bearbeitungselementen,
derart, daß die
unter Bezugnahme auf 2 erläuterten vorteilhaften Effekte
auftreten, sind in den 5 bis 7 Topfscheiben 41 bzw. 51 dargestellt. 5 zeigt
die Topfscheibe 41 in einer Schnittdarstellung mit einem
Werkzeugkörper 42,
der an einem Stegrand 43 mit Bearbeitungselementen 44 bestückt ist.
Wie in 5 angedeutet, ist es möglich mit einer derartigen
Topfscheibe 41 unter Verwendung von profilierten Bearbeitungselementen 44 auf
einer Werkstückoberfläche 45 eine
kreisförmige
Nut 46 auszubilden.
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6 zeigt
eine vergrößerte Teildarstellung der
Topfscheibe 41, die verdeutlicht, daß auch bei dieser Ausführungsform
die in 2 ausführlich
dargestellten, vorteilhaften Effekte bei der Schleifbearbeitung
der Werkstückoberfläche 45 auftreten,
wie die in 6 gestrichelt dargestellten
Fortschrittslinien 47 bis 49 deutlich machen,
die den in 2 dargestellten Eingriffslinien 19 entsprechen.
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7 zeigt
schließlich
in einer der in 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.
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Die
vorstehend beispielhaft angeführten
Anwendungsfälle
machen die vielfältigen
Einsatzmöglichkeiten
des Werkzeugs deutlich. So ist beispielsweise auch ein Einsatz des
Werkzeugs als Abrichtwerkzeug, Drehwerkzeug oder Fräswerkzeug
möglich.