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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanabhebenden Feinbearbeitung
von Werkstücken,
insbesondere zur Nachbearbeitung von zylindrischen Hohlräumen.
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Herkömmlich ist
der Grundkörper
von Werkzeugen zur spanabhebenden Feinbearbeitung von Werkstücken aus
Werkzeugstahl oder Aluminium gefertigt. Daher sind Werkzeuge zur
Bearbeitung von zylindrischen Ausnehmungen mit größeren Durchmessern
oft sehr schwer. Wegen ihres hohen Gewichts weisen diese Werkzeuge
oft ein unruhiges Laufverhalten und Unwuchten auf. Insbesondere
für Werkzeuge,
die mit hoher Drehzahl verwendet werden, steigt der Wucht-Aufwand.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug zur spanabhebenden
Feinbearbeitung zu schaffen, das stabil und trotzdem leichter und
laufruhiger ist als bekannten Werkzeuge dieser Art.
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Diese
Aufgabe wird durch das Werkzeug mit den im Schutzanspruch 1 angegeben
Merkmalen gelöst.
Die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Das
beanspruchte Werkzeug für
die spanabhebende Feinbearbeitung von Werkstücken kann einen rotationssymmetrischen
Hohlgrundkörper
mit im Längsschnitt
konkav und/oder konvex gekrümmten Wandabschnitten
aufweisen, wobei der Hohlgrundkörper
im Längsschnitt
auch plane Wandabschnitte oder hohl-kegelstumpfförmige Wandabschnitte aufweisen
kann. Die Krümmungen
können
hierbei unterschiedlich sein. Der Hohlgrundkörper kann in Bearbeitungsrichtung
zum Werkstück
hin eine Öffnung aufweisen
und im Längsschnitt
können
verschiedene Wandabschnitte unterschiedliche Dicken aufweisen. Beispielsweise
gilt es den Wandabschnitt aus dem Spanräume ausgenommen werden entsprechend stark
auszugestalten. Außerdem
können
die Wandabschnitte im wesentlichen konisch sein. Durch das gekrümmte Wandabschnitte
aufweisende, rotationssymmetrische Hohlprofil des Werkzeugs kann eine
hohe Stabilität
gewährleistet
werden.
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Der
Hohlgrundkörper
des beanspruchten Werkzeugs kann aus herkömmlichem Werkzeugstahl gefertigt
sein. Trotz der Verwendung von Werkzeugstahl kann mit dem Hohlprofil
eine Gewichtseinsparung von 40% gegenüber Werkzeugen aus dem gleichen
Werkstoff erzielt werden. Auch im Vergleich mit Werkzeugen gleicher
Größe, die
mit einem Aluminiumgrundkörper
ausgestattet sind, kann das beanspruchte Werkzeug um 30% bis 40%
leichter sein. Zudem kann der beanspruchte Hohlgrundkörper aus Werkzeugstahl
wesentlich stabiler und schwingungsärmer sein als ein Aluminiumgrundkörper. Durch
das verringerte Gewicht kann ein ruhigeres Laufverhalten erzielt
werden und beim Beschleunigen und Abbremsen einer Arbeitsmaschine
kann ein geringerer Energieaufwand genügen. Außerdem kann aufgrund der geringeren
Masse weniger Rest-Unwucht festgestellt werden.
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Weiterhin
kann der Hohlgrundkörper
die Wandabschnitte durchdringende Öffnungen aufweisen, um das
Gewicht des Werkzeugs noch weiter zu verringern.
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An
einem Außenbereich
des Hohlgrundkörpers
kann mindestens ein Schneidmesser mit vorzugsweise in radialer Richtung
verlaufenden Schneide zum Ausräumen
einer zylindrischen Ausnehmung angeordnet sein. Die Schneiden der
Schneidmesser können
zumindest teilweise aus Polykristallinem Diamant (PKD), Hartmetall,
Cermet oder kubischem Bornitrid (CBN) bestehen. Solche Schneiden
haben eine extrem harte und verschleißfeste Struktur und können daher
eine sehr hohe Standzeit erreichen. Die Schneiden der Schneidmesser
können
in einem negativen Winkel zur Drehrichtung des Werkzeugs angeordnet
sein.
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Ferner
kann das beanspruchte Werkzeug als Fräswerkzeug ausgebildet sein.
Hierbei kann das Werkzeug – in
Drehrichtung gesehen – im
Bereich vor den Schneiden Spanräume
aufweisen.
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Eine
vorteilhafte Variante des Werkzeugs kann eine Sprühdüse im Hohlraum
des Werkzeuggrundkörpers
haben. Diese Sprühdüse kann
stempelförmig
ausgebildet sein. Sie kann über
einen im wesentlichen zylindrischen Stempelschaft mit dem Grundkörper verbunden
sein. Hierzu kann an der Sprühdüse ein Ansatz
ausgebildet sein, der in eine Ausnehmung im Hohlinnenraum des Grundkörpers eingebracht
sein kann. Ferner kann die Sprühdüse im wesentlichen
radial nach außen
in Richtung der Kontaktzone zwischen den Schneidmessern und dem
Werkstück
sprühen.
Die Sprühdüse kann
zum Versprühen
von Kühl-
oder Schmiermittel vorgesehen sein.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der 1 bis 3 erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Teilschnittansicht einer Ausführungsform
des beanspruchten Werkzeugs für
die spanabhebende Feinbearbeitung,
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2 eine
Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten
Werkzeugs, und
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3 eine
Teilschnittansicht der Sprühdüse.
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In
den 1 und 2 ist das beanspruchte Werkzeug
als Fräswerkzeug 10, 100 gezeigt.
Die beiden Ausführungsformen
des Fräswerkzeugs 10, 100, die
in den 1 und 2 dargestellt sind, haben einen
im Wesentlichen glockenförmigen
Hohlgrundkörper 12, 112 aus
Werkzeugstahl. Dieser Hohlgrundkörper 12, 112 ist
nach unten hin offen und geht gegenüberliegend der Öffnung 14, 114 von
dem glockenförmigen
Grundkörper 12, 112 in
eine Aufnahme 16, 116 über, mittels welcher das Fräswerkzeug 10, 100 an
einem Antrieb befestigt wird. Im abgebildeten Teillängsschnitt
ist die Glockenform des Hohlgrundkörpers 12, 112 durch
unterschiedlich gekrümmte, konvexe
und konkave sowie plane Wandabschnitte realisiert.
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In 1 weist
das Fräswerkzeug 10 im Längsschnitt
von unten nach oben einen ersten, planen Wandabschnitt 32 auf,
der in einen konvexen Wandabschnitt 34 übergeht. An den konvexen Wandabschnitt 34 schließt sich
ein zweiter, planer Wandabschnitt 36 an, der in einen konkaven Wandabschnitt 38 übergeht.
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In 1 ist
die Wanddicke des ersten, planen Wandabschnitts 32 geringer
als die Wanddicken der darüber
liegenden Wandabschnitte. Die Dicke des angrenzenden konvexen Wandabschnitts 34 und die
Dicke des an diesen angrenzenden zweiten, planen Wandabschnitts 36 sind
im Wesentlichen gleich. Die Dicke des anschließenden konkaven Wandabschnitts 38 steigt
ausgehend von der Dicke des zweiten, planen Wandabschnitts 36 geringfügig, aber
stetig an. Auf den konkaven Wandabschnitt 38 folgenden
im Längsschnitt
an der Außenwand
ein planer Abschnitt 40 und daran angrenzend ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 44.
Im Bereich dieser beiden Außenwandabschnitte 40, 44 ist
die Innenwand 42 im Längsschnitt
konvex ausgebildet, somit nimmt die Wanddicke in diesem Bereich
in Richtung Werkzeugaufnahme 16 zu.
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An
den kegelstumpfförmigen
Außenwandabschnitt 44 grenzt
ein planer Außenwandabschnitt 46 an,
der der Außenwand
eines Zylinders 48 entspricht. An den Zylinder 48 schließt die Aufnahme 16 des
Fräswerkzeugs 10 an.
Der Zylinder ist so ausgebildet, dass er den Hohlinnenraum 22 in Richtung
Werkzeugaufnahme 16 im Wesentlichen verschließt. Er weist
jedoch einen Kanal 26 entlang seiner Drehachse A auf, der
einerseits in einen Innenraum 28 der Aufnahme 16 mündet und
andererseits in Richtung des Hohlinnenraums 22 des Grundkörpers 12 in
eine Ausnehmung 24 übergeht.
Diese Ausnehmung 24 dient der Aufnahme einer Sprühdüse 50,
die im Hohlinnenraum 22 des glockenförmigen Fräswerkzeugs 10 angeordnet
ist. Diese wird in 3 näher erläutert.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
beanspruchten Fräswerkzeugs 100.
Der Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform
liegt im Wesentlichen in der Ausführung des Hohlgrundkörpers 112.
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Das
in 2 dargestellte Fräswerkzeug 100 weist
im Längsschnitt
von unten nach oben zunächst einen
ersten, planen Wandabschnitt 132 auf; auf diesen folgt
ein konvexer Wandabschnitt 134, an den ein konkaver Wandabschnitt 138 anschließt, der
schließlich
in einen zweiten, planen Wandabschnitt 150 übergeht.
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Die
Wanddicke ist im ersten, planen Abschnitt 132 größer als
in dem folgenden konvexen Wandabschnitt 134. Der konvexe
Wandabschnitt 134 und der anschließende konkave Wandabschnitt 138, sowie
etwa die Hälfte
des an den konkaven Wandabschnitt 138 angrenzenden zweiten,
planen Wandabschnitts 150 sind im Wesentlichen gleich dick.
Die zweite Hälfte
des zweiten, planen Wandabschnitts 150 beschränkt sich
auf einen im Längsschnitt
planen Abschnitt 140 der Außenwand. Die Innenwand 142 in
diesem Wandabschnittsbereich ist zunächst konvex und geht anschließend in einen
planen Innenwandabschnitt 154 über. In diesem Bereich nimmt
die Wanddicke stark zu, da der plane Innenwandabschnitt 154 der
Wandfläche
der Ausnehmung 124 entspricht. An diesen planen Innenwandabschnitt 154 schließt sich
ein kegelstumpfförmiger
Innenwandabschnitt 152 an, der wiederum in einen planen
Innenwandabschnitt 156 übergeht. Dieser
plane Innenwandabschnitt 156 entspricht einem Kanal 126 mit
geringerem Durchmesser als die Ausnehmung 124; somit steigt
die Wanddicke im Bereich der beiden zuletzt genannten Innenwandabschnitte 152, 156 nochmals
an. Der Kanal 126 setzt sich in der Aufnahme 116 des
Fräswerkzeugs 100 fort
und mündet
in einen Hohlraum 128 der Aufnahme 116.
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Die
Ausnehmung 124 dient der Aufnahme einer Sprühdüse 50,
die im Hohlinnenraum 122 des glockenförmigen Fräswerkzeugs 100 angeordnet
ist. Diese wird, wie bereits erwähnt,
in 3 näher
erläutert.
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Folgende
Feststellungen beziehen sich bis auf weiteres auf 1 sowie 2.
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Der
Radius des Krümmungskreises
der konvexen Krümmung
ist im Vergleich zum Radius des Krümmungskreises der konkaven
Krümmung
um ein Mehrfaches kleiner.
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In
Bearbeitungsrichtung ist der Boden 30, 130 des
Hohlkörpers 12, 112 in
Richtung Hohlinnenraum 22, 122 angeschrägt.
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Am
an die Öffnung 14, 114 angrenzenden planen
Wandabschnitt des glockenförmigen
Hohlgrundkörpers 12, 112 des
Fräswerkzeugs 10, 100 sind
an der Außenwand 18, 118 Schneidmesser 20, 120 mit
im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufender Schneide angeordnet.
Die Schneiden der Schneidmesser 20, 120 sind in
den dargelegten Ausführungsformen
der 1 und 2 aus PKD. Sie sind in einem
negativen Winkel zur Drehrichtung des Fräswerkzeugs 10, 100 am
Hohlkörper 12, 112 befestigt.
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Das
Fräswerkzeug 10, 100 weist – in Drehrichtung
gesehen – im
Bereich vor den Schneiden Spanräume
auf (diese sind hier nicht abgebildet).
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3 zeigt
eine Teilschnittdarstellung der Sprühdüse 50, die in den 1 und 2 im
Hohlinnenraum 22, 122 des Fräswerkzeugs 10, 100 angeordnet
ist.
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Die
Sprühdüse 50 ist
stempelförmig
ausgebildet. Sie weist einen Stempelkopf 51, einen Stempelschaft 52 und
einen Ansatz 53 auf. Der Ansatz 53 der Sprühdüse 50 dient
zur Befestigung der Sprühdüse 50 im
Hohlinnenraum 22, 122 des Fräswerkzeugs 10, 100.
Die Sprühdüse 50 weist
mehrere Kanäle 54, 55 für Kühlmittel
auf. Ein Kanal 54 erstreckt sich entlang der Drehachse
A2 der Sprühdüse 50,
wobei dieser Kanal 54 aus Richtung des Ansatzes 53 eingebracht
ist und den Boden 56 des Stempelkopfes 51 nicht
durchbricht. Weitere Kanäle 55 werden
schräg von
unten durch den Stempelkopf 51 eingebracht, so dass die
Kanalaustrittslöcher
symmetrisch im Stempelkopf angeordnet sind, und münden in
den Längskanal 54.
Die Kanäle 54, 55 bilden
ein Leitungssystem 54, 55.
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Um
die Befestigung der Sprühdüse 50 im Hohlinnenraum 22, 122 des
Fräswerkzeugs 10, 100 und
das Zusammenwirken des Leitungssystems 54, 55 der
Sprühdüse mit dem
Kanal 26, 126 im Fräswerkzeug 10, 100 zu
erläutern,
wird nochmals Bezug auf die 1 und 2 genommen.
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Im
Hohlinnenraum 22, 122 des in den 1 und 2 dargestellten
Fräswerkzeugs 10, 100 ist, wie
bereits erwähnt,
die Ausnehmung 24, 124 ausgebildet, die den Ansatz 53 der
Sprühdüse 50 aufnimmt.
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Nach
Einbringen des Ansatzes 53 der Sprühdüse 50 in diese Ausnehmung 24, 124 wird
die Sprühdüse 50 dort
durch Verschrauben, Verschweißen
oder ähnliche
Befestigungsverfahren/mittel arretiert. Der Kanal 26, 126 des
Fräswerkzeugs 10, 100 und
das Leitungssystem 54, 55 der Sprühdüse 50 gehen
nun ineinander über.
Durch die Kanäle 26, 126, 54, 55 wird
Kühlmittel
aus einer Werkzeugmaschine, das in den Innenraum 28, 128 der
Aufnahme 16, 116 des Fräswerkzeugs 10, 100 gelangt, über den
Kanal 26, 126 im Fräswerkzeug 10, 100 in
die Kanäle 54, 55 der
Sprühdüse 50 geleitet. Über die
Kanäle 55,
die Austrittslöcher
im Stempelkopf haben, tritt das Kühlmittel aus der Sprühdüse 50 aus.
Die Kanäle 55 sind hierfür in einem
solchen Winkel relativ zum Längskanal 54 angeordnet,
daß das
austretende Kühlmittel
in die Kontaktzone zwischen den Schneidmessern und dem Werkstück gesprüht wird.