DE202007003002U1

DE202007003002U1 - Drehfräswerkzeug

Info

Publication number: DE202007003002U1
Application number: DE202007003002U
Authority: DE
Original assignee: Niles Simmons Industrieanlagen GmbH
Current assignee: Niles Simmons Industrieanlagen GmbH
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2017-03-02

Abstract

Drehfräswerkzeug mit wenigstens einer geometrisch bestimmten Schneide für die Feinbearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Lagersitzen von Kurbelwellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehfräswerkzeug (1) eine sehr hohe Rundlauf- und Planlaufgenauigkeit sowie eine hohe Wuchtgüte der Güteklasse G < 1 aufweist und aus
– einer Werkzeugaufnahme (2),
– einem sich daran anschließenden Schaft (3),
– einer im Schaft befindlichen Verstelleinheit (4) und
– mindestens eine durch die Verstelleinheit (4) lagefixierten auswechselbaren Schneidplatten (20) bzw. schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträgern (7)
besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehfräswerkzeug mit wenigstens einer geometrisch bestimmten Schneide für die Feinbearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Lagersitzen von Kurbelwellen.
Ein Drehfräswerkzeug dieser Art wurde bereits in der älteren deutschen Patentanmeldung 10 2004 057 111 vom 25.11.2005 erwähnt. Diese ältere deutsche Patentanmeldung betrifft bereits das Verfahren zur Drehfräsbearbeitung von Kurbelwellen mithilfe eines Stirnfräsers und die dazugehörige Werkzeugmaschine. Im Laufe der Erprobung, sowohl des Verfahrens als auch der Werkzeugmaschine, wurde gefunden, dass es erforderlich ist, dem Drehfräswerkzeug eine besondere Ausgestaltung zu verleihen.
Daraus ergibt sich die Aufgabe für die vorliegende Erfindung, ein neuartiges Drehfräswerkzeug vorzuschlagen, mit dem die Lagersitze der Haupt- und Hublager von Kurbelwellen spanabhebend bearbeitet werden können. An ein derartiges Werkzeug werden hohe technologische Anforderungen gestellt. Von besonderer Bedeutung ist die Einstellbarkeit der Schneidplatten im Drehfräswerkzeug in Bezug auf die Oberflächengeometrie der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche. Bei dem Einstich-Drehfräsverfahren wird durch die Lage der Schneidplatten die Oberflächengeometrie auf dem Werkstück über die gesamte Breite der Lagerfläche abgebildet. Infolgedessen ist das Erfüllen dieser technologischen Anforderungen ebenso ein Teil der vorliegenden Aufgabe.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Drehfräswerkzeug vorgeschlagen, das aus einer Werkzeugaufnahme, einem sich an die Werkzeugaufnahme anschließenden Schaft, einer Verstelleinheit zum Einstellen von Schneideinsätzen längs und quer zur Mittenachse des Schaftes und wenigstens zwei auswechselbaren Schneidensubstratträgern besteht, wobei das Drehfräswerkzeug eine hohe Wuchtgüte (Rundlauf, Planlauf) einer Güteklasse G < 1 aufweist.
Ein derartig ausgestaltetes Drehfräswerkzeug hat sich nach langer und langwieriger Werkstatterprobung als das am besten geeignete Mittel für die spanabhebende Bearbeitung der Kurbelwellen erwiesen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Material des Schaftes des Drehfräswerkzeugs einen sehr hohen E-Modul aufweist.
In Bezug auf die Breite eines Lagersitzes eines Haupt- oder Hublagers einer Kurbelwelle soll der Durchmesser des Schaftes zwischen 0,25 mm und 0,75 mm, vorzugsweise 0,5 mm geringer sein als die jeweilige Breite des Lagersitzes.
Die Auskraglänge des Drehfräswerkzeugs muss dem größten Abstand vom Lagersitz eines Pleuellagers einer Kurbelwelle zum Flugkreis einer Wange entsprechen; diesbezügliche Darstellungen liegen bereits der vorgenannten deutschen Patentanmeldung zugrunde (vgl. 1 und 2).
Darüber hinaus ist es erforderlich, dass alle Schneiden des Drehfräswerkzeugs in axialer und in radialer Richtung einstellbar sind. Dabei sollen zwei einander benachbarte Schneiden eine gegenseitige Abweichung in der axialen und der radialen Richtung voneinander haben, die zwischen 1 μm und 3 μm, vorzugsweise 2 μm beträgt.
Zur Befestigung der Schneidensubstratträger ist eine Klemmung vorgesehen, welche sich in einem Abstand von der Haupt- und Nebenschneide einer Schneidplatte befindet, die kleiner ist, als die Länge der Schneidplatte selbst.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Einstelleinrichtung für den Schneidensubstratträger sowohl in axialer Richtung als auch für das Einstellen eines Nebenschneidewinkels vorgesehen ist, wobei die Einstellvorrichtung als Kugel oder Keil ausgestaltet ist, welche am Schaft des Drehfräswerkzeugs vorgesehen sind. Zur Einstellvorrichtung werden mehrere Lösungen vorgeschlagen.
Eine weitere vorteilhafte Lösung stellt sich in der Weise dar, dass das Drehfräswerkzeug aus einem Schaft- und Kopfteil mit Schneidensubstratträgern besteht, wobei eine Planfläche des Kopfteiles eine Neigung aufweist und der Schneidensubstratträger mit dem Kopfteil derart miteinander verbunden sind, dass durch eine Verformung des Kopfteiles die Einstellung aller Schneiden entsprechend der Form der Werkstückoberfläche erzeugt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch Einrichtungen zur Aufnahme der Passivkräfte (die axiale Komponente der Zerspankraft in X-Richtung) während der Bearbeitung und zur Aufnahme der Energieversorgung z. B. für die magnetische Einstellung der Schneidplatten im Werkzeugschaft vorgeschlagen.
Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen jeweils in vereinfachter und weitgehend schematischer Darstellung die
1 ein Drehfräswerkzeug in der Seitenansicht,
2 das Drehfräswerkzeug der 1 in der Draufsicht,
3 eine erste Verstelleinheit für eine Schneide in der Vorderansicht,
4 die Verstelleinheit der 3 in der Seitenansicht,
5 eine zweite Ausführungsform einer Verstelleinheit in der Vorderansicht,
6 die Verstellrichtungen für die Schneidplatten,
7 eine erste perspektivische Darstellung,
8 eine zweite perspektivische Darstellung,
9 eine dritte perspektivische Darstellung eines Drehfräswerkzeugs,
10 eine Darstellung eines dreischneidigen Drehfräswerkzeugs mit stirnseitigen Klemmelementen
11 Elemente der Verstelleinrichtung
12 eine Verstelleinrichtung im Schaft
Das Drehfräswerkzeug 1 besteht aus einer Werkzeugaufnahme 2, welche beispielsweise dazu vorgesehen ist, in die Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) eingespannt zu werden. Aus der Werkzeugaufnahme 2 springt ein zylindrischer Schaft 3 hervor, welcher eine Auskraglänge 10 hat und in einem Kopfteil 9 endet. Das Kopfteil 9 wird von einer Kreisfläche 11 begrenzt.
Eine Schneidplatte 20 mit Nebenschneiden 14 ist am Kopfteil 9 befestigt und ragt in Richtung der Mittenachse 6 um ein geringes Maß über die Kreisfläche 11 hinaus. Die Schneidplatte 20 hat eine Schneidenlänge 21.
Über den Durchmesser 8 des Schaftes 3 ragen die Schneidplatten 20 mit ihren Hauptschneiden 27 ebenso um ein geringes Maß hervor. Eine Schneidplatte 20 bzw. ein Schneideinsatz 5 sind in der 3 in der Ansicht dargestellt. Die Schneidplatte 20 hat eine Länge 21 und wird von einer Klemmung 17 bzw. einem Klemmelement 12 am Kopf 9 des Schaftes 3 gehalten. Die Klemmung 17 befindet sich in einem Abstand 18 von der Hauptschneide 27 und in einem Abstand 19 von der Nebenschneide 14. Beide Abstände 18 und 19 sind jeweils kleiner als die Kantenlänge 21 der Schneidplatte 20. Die Einstellung der genauen Lage der Schneidplatte 20 kann über einen Einlegekeil 25 oder Kugeln 39 erfolgen.
Im Gegensatz zur Schneidplatte 20, wie sie in den 3, 4 und 6 dargestellt ist, hat die Schneidplatte 28 der 5 eine dreieckige Form. Auch hier ist eine Klemmung 17 vorgesehen, welche sich in einem Abstand 19 von der Nebenschneide 14 befindet. In Folge der Dreiecksform der Schneidplatte 28 ist die Hauptschneide 29 nur noch als Schneidspitze ausgebildet.
In der 6 ist insbesondere die Verstellbarkeit der Schneiplatte 20 dargestellt. Durch das Anziehen der Klemmungen 17 kann der Kopf 9 des Schaftes 3 in der Weise verspannt werden, dass sich sowohl auf der Kreisfläche 11 als auch auf der Basisfläche 30 des Kopfes 9 jeweils ein Hohlkegel 26 ausbildet. Die Verstellung 22 erfolgt sowohl in der axialen Richtung 15 als auch in der radialen Richtung 16. Die Verstellung 22 ist in der 6 übertrieben groß dargestellt, in Wirklichkeit beträgt die Höhe des Hohlkegels 26 längs der Mittenachse 6 nur wenige Mikrometer.
In der 7 ist eine Klemmung 17 näher dargestellt. Die Klemmung 17 besteht zunächst aus einer Madenschraube 31, die in einer Gewindebohrung 32 geführt ist. Das obere Ende der Madenschraube 31 hat einen üblichen Innensechskant 33 wohingegen das untere Ende 34 der Madenschraube 31 auf einer Kugel 24 ruht. Die Kugel 24 greift in eine geeignete Ausnehmung 35 der Schneidplatte 20 ein.
In den 10, 11, 12 ist eine weitere Ausgestaltung zur Einstellung und Klemmung der Schneidplatte 20 für ein dreischneidiges Drehfräswerkzeug dargestellt. Die Klemmung 12 besteht aus einem Spannkeil und einer Madenschraube. Die Einstellung erfolgt über zwei Einstellschrauben 42 mit kegligen Flächen, zwei Stiften 13.1 und 13.2 mit halbkugelfömigen Flächen. Die Stifte verändern die Höhe und Neigung der Schneidplatte 20 bzw. des Schneidsutratträgers.
Darüber hinaus sind am Drehfräswerkzeug 1 Einrichtungen 40 zur Ermittlung der Passivkraft (die axiale Komponente der Zerspankraft in X-Richtung) während der Bearbeitung und zur Ermittlung der Energieversorgung 41, z. B. für eine magnetische Einstellung der Schneidplatten 5, 7 im Werkzeugschaft 3 vorgesehen.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass das Drehfräswerkzeug 1 aus einem Schaft- 3 und einem Kopfteil 9 besteht, an dem die Schneidensubstratträger 5, 20 befestigt sind. Die kreisrunde Planfläche des Kopfteils 9 wird durch die Betätigung der Verstelleinrichtungen 4 bzw. 17 in einer Weise verbogen, dass sich auf der Planfläche 11 eine Neigung 37 ausbildet, wobei durch die Verformung 26 des Kopfteils 9 ein Einstellwinkel 23 aller Schneiden 14, 27 entsprechend der Form der zu erzeugenden Werkstückoberfläche erhalten wird.

1: Drehfräswerkzeug
2: Werkzeugaufnahme
3: Schaft
4: Verstelleinheit
5: Schneideinsatz
6: Mittenachse
7: Schneidensubstratträger
8: Durchmesser des Schaftes
9: Kopfteil des Schaftes
10: Auskraglänge des Schaftes
11: Kreisfläche
12: Klemmelement
13, 13.1: Stift
14: Nebenschneide
15: axiale Richtung
16: radiale Richtung
17: Klemmung
18: Abstand von der Hauptschneide
19: Abstand von der Nebenschneide
20: Schneidplatte
21: Schneidenlänge
22: Verstellung
23: Einstellwinkel
24: Kugel
25: Einlegekeil
26: Hohlkegel
27: Hauptschneide
28: Schneidplatte
29: Hauptschneide
30: Basisfläche
31: Madenschraube
32: Gewindebohrung
33: Innensechskant
34: unteres Ende
35: Ausnehmung der Schneidplatte
36: Verformung der Stirnfläche
37: Neigung
38: Spanraum
39: Einstellschraube
40: Passivkraftaufnahme
41: Energieversorgung
42: Einstellschraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004057111 [0002]

Claims

Drehfräswerkzeug mit wenigstens einer geometrisch bestimmten Schneide für die Feinbearbeitung von Werkstückoberflächen von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere von Lagersitzen von Kurbelwellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehfräswerkzeug (1) eine sehr hohe Rundlauf- und Planlaufgenauigkeit sowie eine hohe Wuchtgüte der Güteklasse G < 1 aufweist und aus – einer Werkzeugaufnahme (2), – einem sich daran anschließenden Schaft (3), – einer im Schaft befindlichen Verstelleinheit (4) und – mindestens eine durch die Verstelleinheit (4) lagefixierten auswechselbaren Schneidplatten (20) bzw. schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträgern (7) besteht.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Schaftes (3) einen sehr hohen E-Modul aufweist.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (8) des Schaftes (3) zwischen 0,25 mm und 0,75 mm, vorzugsweise 0,5 mm geringer ist, als der axiale Abstand zwischen den Anlaufbünden eines Hauptlagersitzes einer Kurbelwelle.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale auskragende Länge (10) des Schaftes (3) des Drehfräswerkzeugs (1) mindestens dem größten radialen Abstand der Mantellinie des fertig bearbeiteten Pleuellagersitzes zum Flugkreis der benachbarten Wangen einer Kurbelwelle entspricht und die maximal auskragende Länge des Schaftes 0,5 mm bis 2 mm über der minimalen Länge (10) bestimmt ist.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tolerierung der Anlageflächen (37) der Schneidplatte (20) bzw. des Schneidsubstratträgers (7) im Schaft (11) zur Tolerierung der Längenmaße der Schneidsubstratträger (7) 0 bis 4 μm und oder die Tolerierung Stirnfläche (11) am Schaft zur Fläche der Schneidsubstratträgeranlage (37) +0,05 mm bis 0,15 mm beträgt.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanraum (38) vor den Nebenschneiden (14) minimal gestaltet wird und als Mindestmaß durch den axialen Überstand der Nebenschneiden (14) über der Stirnfläche des Schaftes (11) bestimmt wird.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (5) aus einer Schneidplatte (20) oder einem mit Schneidstoff beschichteten Schneidsubstratträger (7) besteht.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Nebenschneiden (14) der Schneidsubstratträger (7) in axialer Richtung (15) und im Einstellwinkel (23) unabhängig voneinander einstellbar sind.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung in der axialen Richtung (15) der Nebenschneiden (14) aller Schneidsubstratträger untereinander maximal 4 μm beträgt.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidplatten (20) bzw. die schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträger (7) in Abhängigkeit von der Geometrie des zu bearbeitenden Lagersitzes einschließlich Keil- und Freiwinkel sowie Spanleitstufe identisch gestaltet sind.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidplatten (20) mit einem Freiwinkel von 0° bis 30°, einer Schneidkantenabrundung von < 5 μm und Fasengröße bis 20 μm ausgeführt sind.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klemmung (17) für jede Schneidplatte (20) bzw. schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträger (7) im Schaft (3) vorgesehen ist, die sich in einem Abstand (18) von der Hauptschneide (27) und einen Abstand (19) von der Nebenschneide (14) einer Schneidplatte (20) befindet, welche kleiner sind, als die Länge (21) der Schneidplatte (20) bzw. des schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträgers (7).
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinheit (4) zur Einstellung der Schneidplatten (20) bzw. der schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträger (7) in axialer Richtung (15) sowie für den Einstellwinkel der Nebenschneiden (14) vorgesehen ist, die Kräfte zur Lageänderung der Schneidplatte mit Hilfe von Kugeln (24) und oder Keilen (25) überträgt.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinheit (4) zur Einstellung der Schneidplatten (20) bzw. der schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträger (7) in axialer Richtung (15) sowie für den Einstellwinkel (23) der Nebenschneiden (14) vorgesehen ist, die Kräfte zur Lageänderung der Schneidplatten (20) mit Hilfe von Einstellschrauben (42) und Stiften (13.1, 13.2) überträgt.
Drehfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (4) mit Anlageflächen (37), die gerade oder konvex für die Schneidplatten (20) bzw. die schneidstoffbeschichteten Schneidensubstratträger (7) ausgeführt ist.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feineinstellung der Schneidsubstratträger (7) bei rotierendem Werkzeug durchführbar ist.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feineinstellung der Schneidsubstratträger (7) Piezoelemente eingesetzt werden.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feinjustage der Schneidsubstratträger ein Bimetall vorgesehen werden.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (4) als Einlegekeil (25) oder Passfolie ausgeführt ist.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehfräswerkzeug (1) aus einem Schaft- (3) und einem Kopfteil (9) als Verstelleinheit (4) mit Schneidplatten (7) besteht, wobei es am Schaft (3) und/oder am Kopfteil (9) einen Hohlkegel (26) aufweist.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Aufnahme der Passivkräfte (40), im Werkzeugschaft (3) angeordnet ist.
Drehfräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im Werkzeugschaft (3) eine Einrichtung zur Aufnahme der Energieversorgung (41) angeordnet ist.