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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug
und ein Verfahren zur Außenbearbeitung
eines hohlen, langgestreckten Werkstücks gemäß der Oberbegriffe von Anspruch
1 und 13.
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Werkzeuge und Verfahren zur Außenbearbeitung
von Werkstücken
sind bekannt. Insbesondere bei der Erzielung von Werkstückoberflächen mit
einer sehr hohen. Oberflächengüte muss
ein hoher Aufwand betrieben werden, um die gewünschte minimale Rauhigkeit
und hohe Maßhaltigkeit
zu erzielen. Dazu wird das Werkstück zunächst einer spanenden Außenbearbeitung
unterzogen und dann einem Schleifvorgang unterworfen. Diese Bearbeitung
ist aufwendig und daher kostenintensiv.
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Die
DE 36 40 202 A1 beschreibt eine Vorrichtung,
die den Schleifvorgang verzichtbar machen soll. Es hat sich jedoch
gezeigt, dass auch diese Vorrichtung den sehr hohen Anforderungen
an die Oberflächengüte noch
nicht genügt.
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Aufgabe ist es daher, ein Werkzeug
und ein Verfahren zur Außenbearbeitung
eines hohlen, langgestreckten Werkstücks mit einer sehr hohen Oberflächengüte zu, schaffen,
wobei der Bearbeitungsaufwand und die Bearbeitungskosten reduziert
werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein
Werkzeug vorgeschlagen, das die in Anspruch 1 genannten Merkmale
zeigt. Es weist ein als Außenreibahle ausgebildetes
Außenbearbeitungswerkzeug
auf. Das Werkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Außenreibahle
ein Zentrierdorn aus- und einfahrbar ist. Dieser wird mit dem zu
bearbeiteten Werkstück
in Eingriff gebracht, sodass das Werkstück beim Anfahren der Außenbearbeitung
sicher gehalten und zentriert wird.
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Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
des Werkzeugs, das sich dadurch auszeichnet, dass am Ende des Zentrierdorns
ein dem Werkstück
zugeordnetes Kugellager vorgesehen ist, welches in das Innere des
Werkstücks
eingreift. Dadurch wird das Werkstück besonders sicher und vibrationsarm
gehalten, um die sehr hohen Oberflächenqualitäten erreichen zu können.
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Weiterhin wird ein Ausführungsbeispiel
des Werkzeugs bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die
Aufnahme für
das Außenbearbeitungswerkzeug
und/oder dieses selbst mit einer Lagereinrichtung versehen ist,
die den Zentrierdorn beim Aus- und Einfahren führt.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die das Werkstück haltende
Halterung einen Spanndorn aufweist, der zumindest bereichsweise
in das Werkstück
einfahrbar ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, das
Werkstück
in einem Bearbeitungsgang auf seiner gesamten Außenfläche zu bearbeiten, sodass die
Bearbeitungszeiten verkürzt
werden, weil ein Umschlag des Werkstücks vermieden werden kann.
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Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
des Werkzeugs, das sich dadurch auszeichnet, dass der Spanndorn
einen druckbeaufschlagbaren, aufspreizbaren Mantel aufweist, der
zumindest be reichsweise aus Kunststoff oder Gummi besteht. Mittels
einer geeigneten Druckquelle kann dieser Mantel nach dem Aufschieben
des Werkstücks
aufgeweitet werden, sodass das Werkstück ohne Verformung sicher gehalten
wird.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich
aus den übrigen
Unteransprüchen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird außerdem ein
Verfahren zur Außenbearbeitung
eines hohlen, langgestreckten Werkstücks mit einer sehr hohen Oberflächengüte mit den
Merkmalen vorgeschlagen. Es zeichnet sich durch folgende Schritte
aus: Zunächst
wird das Werkstück
auf einen Spanndorn aufgeschoben und fixiert. Dann wird der Zentrierdorn
an das freie Ende des Werkstücks
herangefahren, um dieses zu stabilisieren. Erst dann beginnt die
Außenbearbeitung
des Werkstücks
mittels eines als Außenreibahle
ausgebildeten Außenbearbeitungswerkzeugs.
Es ist also nicht möglich,
dass bei Eingriff der Außenreibahle
mit dem Werkstück
dessen freies Ende verlagert wird; was zu einer mangelhaften Maßhaltigkeit
aber auch zu Schwingungen führen
könnte, die
eine erhöhte
Rauhigkeit der Außenfläche des Werkstücks ergäbe. Nachdem
das Außenbearbeitungswerkzeug
einen ersten Bereich des Werkstücks bearbeitet
hat, wird der Zentrierdorn vom Werkstück weggefahren, da nun die
weitere Zentrierung durch das Rußenbearbeitungswerkzeug erfolgt.
Außerdem werden
nicht zusätzliche
Kräfte
in das Werkstück
eingeleitet, die eine Reduzierung der Oberflächengüte bewirken könnten. Nach
Bearbeitung der vollständigen
Oberfläche
des Werk stücks
wird das Außenbearbeitungswerkstück zurückgefahren.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform
des Verfahrens, bei dem der Zentrierdorn während der Rückfahrbewegung des Außenbearbeitungswerkzeugs
wieder an das Werkstück
herangefahren wird, bevor die Außenbearbeitung des Werkstücks abgeschlossen
ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass während der Bearbeitung des letzten
Außenbereichs
des Werkstücks
dieses sicher gehalten und zentriert wird.
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Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben
sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
der Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
ersten Teil des Werkzeugs, nämlich
eine erste Aufnahme für
ein Außenbearbeitungswerkzeug
und
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2 einen
zweiten Teil des Werkzeugs, nämlich
eine zweite Aufnahme für
eine dem Werkstück
zugeordneten Halterung.
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Gemäß 1 weist das Werkzeug 1 zur Außenbearbeitung
eines hohlen, langgestreckten Werkstücks 3 eine erste Aufnahme 5 für ein Außenbearbeitungswerkzeug 7 auf.
Die erste Aufnahme 5 ist mit einem Pendelhalter 9 versehen,
der einen Hohlschaft 11 umfasst. Das Außenbearbeitungswerkzeug 7 ist ebenfalls
mit einem hohlen Schaft 13 versehen, der in den Hohlschaft 11 eingeschoben
und dort verspannt ist. Im Bereich des Schaftes 13 ist
eine Lagereinrichtung 15 vorgesehen, die ringförmig ausgebildet
ist und damit einen Freiraum 17 umschließt.
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Durch die erste Aufnahme 5,
den Pendelhalter 9, den Freiraum 17 und durch
das Außenbearbeitungswerkzeug 7 ist
ein Zentrierdorn 19 geführt,
der, wie durch einen Doppelpfeil 21 angedeutet, koaxial zur
Mittelachse 23 hin und her verschieblich gelagert ist.
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An seinem dem Werkstück 3 zugewandten Ende
ist der Zentrierdorn 19 mit einem Lager 25 versehen,
welches mit dem freien Ende 27 des Werkstücks 3 zusammenwirkt,
um dieses zu stabilisieren und zu zentrieren. Bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist das Lager 25 in das Innere des Werkstücks 3 eingeschoben
und liegt mit seiner Außenfläche an der
Innenfläche 29 des
hohlen Werkstücks 3 an.
Es ist möglich,
auf der Innenfläche 29 einen
Absatz vorzusehen, der dem Lager 25 als Anschlag dient.
Auf diese Weise ist es möglich,
die Einschubbewegung des Zentrierdorns 19 in das Innere des
Werkstücks 3 definiert
festzulegen.
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Das Außenbearbeitungswerkzeug 7 ist
hier als Außenreibahle
ausgebildet und grundsätzlich
bekannt. Es weist einen Hohlraum 31 auf, der so dimensioniert
ist, dass sowohl der Zentrierdorn 19 als auch das Werkstück 3 hindurchgeführt werden
können. Auf
der Innenseite des Außenbearbeitungswerkzeugs 7 sind
in Umfangsrichtung verteilt Führungsleisten 33 vorgesehen,
die das Werkstück 3 bei
der Außenbearbeitung
abstützen.
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In der Darstellung gemäß 1 ist ein Teil des Außenbearbeitungswerkzeugs 7 abgeschnitten, sodass
eine von einer Spannpratze 35 gehaltene Messerplatte 37 sichtbar
ist.
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Die in 1 dargestellte
Lagereinrichtung 15 ist dem Außenbearbeitungswerkzeug 7 zugeordnet.
Es ist jedoch auch möglich,
eine derartige Lagereinrichtung in der ersten Aufnahme 5 vorzusehen oder
auch zwei Lagereinrichtungen 15 der hier angesprochenen
Art sowohl in dem Außenbearbeitungswerkzeug 7 als
auch in der ersten Aufnahme 5 vorzusehen. Bevorzugt wird
die Lagereinrichtung 15 in dem Außenbearbeitungswerkzeug 7 in
dem Bereich vorgesehen, in den Spannkräfte von der ersten Aufnahme 5 beziehungsweise
dem Pendelhalter 9 in das Außenbearbeitungswerkzeug 7 eingeleitet
werden. Auf diese Weise werden Lagerkräfte besonders gut in das Werkzeug
eingeleitet.
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2 zeigt
eine zweite Aufnahme 39 des Werkzeugs 1, die eine
Halterung 41 aufnimmt. Diese ist mit einem Spanndorn 43 versehen,
der in das Innere des zu bearbeitenden Werkstücks 3 hineingreift. Bei
dessen Bearbeitung ist vorzugsweise davon auszugehen, dass der Spanndorn 43 etwa über einen Bereich
von einem Viertel bis einem Drittel der Gesamtlänge des Werkstücks 3 reicht.
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Der Spanndorn 43 weist einen
Mantel 45 auf, der zumindest bereichsweise elastisch ausgebildet ist
und beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi besteht. Der Mantel 45 liegt
auf dem Grundkörper 47 des
Spanndorns 43 auf und ist im Bereich einer Ringnut
49 angeordnet.
Die Endbereiche des Mantels 45 liegen dichtend am Grundkörper 47 an.
Sie können dort
auch festgeklebt sein.
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Durch den Grundkörper 47 des Spanndorns 43 führt ein
Kanal 51, der mit einer hier nicht dargestellten Druckquelle
verbunden ist. Er mündet über Auslassöffnungen 53 und 55 im
Bereich der Ringnut 49 unterhalb des Mantels 45.
Wird über
die Druckquelle in den Kanal 51 ein unter Druck stehendes
Medium eingespeist, so kann dieses über die Auslassöffnungen 53 und 55 ausströmen und
den Mantel 45 aufweiten. Die Druckquelle kann pneumatisch
oder hydraulisch ausgelegt sein, sodass der Kanal 51 entweder
mit einem gasförmigen
oder flüssigen
Medium beaufschlagt wird. Durch die Aufweitung des Mantels 45 wird
das auf den Spanndorn 43 aufgeschobene Werkstück 3 sicher
gehalten.
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Das im Bereich des Spanndorns 43 liegende Ende 57 des
Werkstücks 3 ist
in einem Abstand zur Halterung 41 angeordnet, sodass bei
der Außenbearbeitung
des Werkstücks 3 das
Außenbearbeitungswerkzeug 7 nicht
anschlägt
und die gesamte Außenfläche des
Werkstücks 3 in
einem Zuge bearbeitet werden kann.
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Vorzugsweise ist die in 2 dargestellte zweite Aufnahme 39 unten
und die in 1 wiedergegebene
erste Aufnahme 5 senkrecht darüber angeordnet. Die Mittelachse 23 ist
beiden Aufnahmen gemeinsam. Sie bildet auch die Mittelachse des Werkstücks 3.
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Im folgenden wird auf die Funktion
des Werkzeugs 1 und auf das Verfahren zur Auflenbearbeitung eines
Werkstücks 3 näher eingegangen.
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Das zu bearbeitende Werkstück 3 wird
auf den Spanndorn 43 aufgeschoben, wobei das Ende 57 in
einem Abstand zur Halterung 41 angeordnet bleibt. Der Außendurchmesser
des Mantels 45 ist so gewählt, dass der Spanndorn 43 ohne
besonderen Kraftaufwand in das Innere des Werkstück 3 eingeführt werden
kann.
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Es wir nun die Druckquelle aktiviert,
sodass ein unter einem Druck stehendes Medium über den Kanal 51 zu
den Auslassöffnungen 53 und 55 gelangt,
sodass der Mantel 45 auf geweitet wird. Die in Richtung
der Mittelachse 23 gemessene Länge des Mantels 45 ist
so gewählt,
dass über
einen größeren Bereich
Haltekräfte
in das Werkstück 3 eingeleitet werden,
ohne dass dessen Wandung deformiert würde.
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Es wird nun der aus 1 ersichtliche Zentrierdorn 19 entlang
der Mittelachse 23 vorgeschoben, bis das an dessen Ende
angeordnete Lager 25 im Inneren des Werkstücks 3 zu
liegen kommt. Möglicherweise
wird eine definierte Einfahrstrecke durch einen Anschlag auf der
Innenfläche 29 des
Werkstücks 3 festgelegt.
Durch den Zentrierdorn 19 wird das freie Ende 27 des
Werkstücks 3 sicher
geführt und
zentriert.
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Nun wird die erste Aufnahme 5 beziehungsweise
der Pendelhalter 9 mit dem Außenbearbeitungswerkzeug 7 in
Rotation versetzt und das Außenbearbeitungswerkzeug 7 gegenüber dem
feststehenden Werkstück 3 in Richtung
des Pfeils Y vorgeschoben. Schließlich erreicht die Messerplatte 31 die Außenfläche des
Werkstücks 3,
sodass hier eine Außenbearbeitung
gegeben ist. Um eine Außenfläche sehr
hoher Oberflächengüte zu erreichen,
ist das Außenbearbeitungswerkzeug 7 als
Außenreibahle
ausgelegt.
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Während
der erste Außenbereich
des Werkstücks 3 von
der Außenreibahle
bearbeitet wird, wird das freie Ende 27 von dem Zentrierdorn 19 zentriert und
gehalten, der sich im Bereich der Lagereinrichtung 15 abstützt. Damit
ist hier eine besonders hohe Maßhaltigkeit
und feine Oberfläche
gewährleistet.
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Nach Bearbeitung des ersten Außenbereiches,
der – in
Richtung der Mittelachse 23 gesehen – eine Länge von beispielsweise 3 mm
aufweist, kann der Zentrierdorn 19 zurückgezogen werden, und zwar
in Richtung des Pfeils X, während
das Außenbearbeitungswerkzeug 7 weiter
in Richtung des Pfeils Y vorgeschoben wird. Das Werkstück 3 zentriert
sich nun selbständig
in der Außenreibahle.
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Das Außenbearbeitungswerkzeug 7 wird nun
weiter vorgeschoben, bis auch die im Bereich des Spanndorns 43 gelegene
Außenfläche des Werkstücks 3 bearbeitet
ist. Es ist also möglich,
die gesamte Außenfläche über die
ganze Länge
des Werkstücks 3 der
Außenbearbeitung
mit Hilfe der Außenreibahle
zu unterwerfen.
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Das Außenbearbeitungswerkzeug 7 wird nunmehr
in Richtung des Pfeils X zurückgezogen.
Es ist möglich,
während
dieser Bewegung eine Vorschubge schwindigkeit zu wählen, die
größer ist
als die bei der Vorwärtsbewegung
in Richtung des Pfeils Y gegebene Vorschubgeschwindigkeit.
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Bei der Bewegung in Richtung des
Pfeils X findet ebenfalls eine Außenbearbeitung des Werkstücks 3 statt.
Bevor das Außenbearbeitungswerkzeug 3 das
freie Ende 27 des Werkstücks 3 erreicht, wird
der Zentrierdorn 19 wieder in Richtung des Pfeils Y vorgeschoben,
um das freie Ende 27 zu zentrieren und zu unterstützen. Das
Außenbearbeitungswerkzeug 7 kann
das freie Ende 27 nunmehr fertig bearbeiten.
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Es zeigt sich, dass mit Hilfe des
Werkzeugs 1 das Werkstück 3 während der
gesamten Außenbearbeitung
sicher zentriert wird: Beim Einfahren des Werkstücks 3 in das Außenbearbeitungswerkzeug 7 ist
das freie Ende 27 von dem Zentrierdorn 19 sicher unterstützt. Um
die auf das Werkstück 3 wirkenden Kräfte auf
ein Minimum zu reduzieren und um damit die sehr hohe Oberflächengüte zu erreichen,
wird der Zentrierdorn 9 während der weiteren Bearbeitung des
Werkstücks 3 zurückgefahren,
sodass dieses durch das Außenbearbeitungswerkzeug 7 hindurch in
die erste Aufnahme 5 einfahren kann. Dabei wird es durch
das Lager 15 sicher geführt
und unterstützt. Bevor
das Außenbearbeitungswerkzeug 7 das
Werkstück 3 vollständig fertig
bearbeitet hat, wird der. Zentrierdorn 19 wieder an das
freie Ende 27 herangefahren, um dieses zu zentrieren und
zu stabilisieren.
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Das anhand der 1 und 2 erläuterte Werkzeug 1 ist
so ausgebildet, dass die zweite Aufnahme 39 feststehend
ist, während
die erste Aufnahme 5 in Rotation versetzt wird beziehungsweise
eine Rota tion des Pendelhaltes 9 und des Außenbearbeitungswerkzeugs 7 ermöglicht.
Die beiden Aufnahmen 5 und 39 sind senkrecht übereinander
angeordnet, damit auf das zu bearbeitende Werkstück 3 keine seitlichen
Kräfte
ausgeübt
werden. Damit ist es möglich,
auch im Vergleich zum Durchmesser sehr lange, hohle Werkstücke 3,
insbesondere sehr dünnwandige
Rohre mit Hilfe des als Außenreibahle
ausgebildeten Außenbearbeitungswerkzeugs 7 zu
bearbeiten.
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Um die empfindliche Oberfläche des
verarbeiteten Werkstücks 3 nicht
zu gefährden,
wird zunächst
die Rotation des Außenbearbeitungswerkzeugs 7 gestoppt,
bevor nach Beendigung der Außenbearbeitung
der Zentrierdorn 19 aus dem Inneren des Werkstücks 3 herausgezogen
wird.
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Nach der Bearbeitung des Werkstücks 3 kann
nun die Druckquelle deaktiviert werden, sodass der elastische Mantel 35 das
Medium aus der Ringnut 45 durch die Auslassöffnungen 53 und 55 in
den Kanal 51 zurückdrängt. Dadurch
reduziert sich der Außendurchmesser
des Spanndorns 3, sodass das Werkstück 3 freigegeben wird.
Es wird hier deutlich, dass der Druck der Druckquelle so gewählt werden muss,
dass keine Aufweitung des Werkstücks 3 im Bereich
des Spanndorns 43 beziehungsweise des Mantels 45 erfolgt,
da sonst das Außenmaß nach der Bearbeitung
mittels des Außenbearbeitungswerkzeugs 7 nicht
den Vorgaben entspräche.