DE3301964C2

DE3301964C2 - Rotationsmeißel

Info

Publication number: DE3301964C2
Application number: DE3301964A
Authority: DE
Inventors: Gennadij Filippovi&ccaron; &Scaron;aturov; Sergej Sergeevi&ccaron; Mogilev Meljavko
Original assignee: MOGILEVSKOE OTDELENIE FIZIKO-TECHNICESKOGO INSTITUTA AKADEMII NAUK BELORUSSKOJ SSR MOGILEV SU
Current assignee: MOGILEVSKOE OTDELENIE FIZIKO-TECHNICESKOGO INSTITUTA AKADEMII NAUK BELORUSSKOJ SSR MOGILEV SU
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1985-02-28
Also published as: CA1195834A; ATA6383A; AT381890B; FR2539656B1; DE3301964A1; US4456407A; FR2539656A1

Abstract

Der Rotationsmeißel für die spangebende Bearbeitung von Metallen hat eine Achse 2 mit einem an ihr auf einer Seite befestigten Schneidelement 7. Die Achse 2 ist im Gehäuse 1 mit Hilfe von Radiallagern 3 und 4 sowie Stützlagern 5 und 6 gelagert. Das dem Schneidelement 7 nächstgelegene Radiallager 3 ist im Gehäuse 1 mit einer Buchse 8 fixiert. Die Buchse 8 besitzt einen Zentralabschnitt 17 mit konstanter Steifigkeit und Endabschnitte 20 und 21 mit veränderlicher Steifigkeit. Diese Steifigkeit reicht von einem Maximalwert bis zu einem Minimalwert über die Länge der Endabschnitte in Richtung zu den Stirnseiten 22 und 23 der Buchse 8 hin.

Description

//D=0,15bis0,5

wobei / die Länge des dem Schneidelement (7) nächstgelegenen Radiallagers (3) des Rotationsmeißels in mm und D der Durchmesser des Schneidelements (7) in mm sind.

8. Rotationsmeißel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das für das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser (d) des dem Schneidelement (7) nächstgelegenen Radiallagers (3) und dem Durchmesser (D)des Schneidelements (7)

9. Rotationsmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand ^zwischen den Rarüallagern (3.4) kleiner als 2D, jedoch größer als

L>10

ist, wobei L der Abstand zwischen den Radiallagern (3, 4) in mm und d der Innendurchmesser des dem Schneidelement (7) nächstgelegenen Radiallagers (3) in mm sind.

= 0,2 bis 0,6

gilt, wobei d der Innendurchmesser des dem Schneidelement (7) nächstgelegenen Radiallagers (3) in mm und Dder Durchmesser des Schneidelements (7) in mm sind.

Die Erfindung betrifft einen Rotationsmeißel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Stand der Technik gehört ein Rotationsmeißel gemäß der DE-OS 28 49 270.

Bei diesem Rotationsmeißel wird die Schneidkante von einem Dorn gehalten, dessen vorderes Ende mittels einer Hülse sich am Außenring eines nahe am Schneidelement angeordneten Radialwälzlagers abstützt. Der Innenring des Radiallagers ist an der feststehenden Achse des Rotationsmeißels angeordnet. Das hintere Ende des das Schneidelement tragenden Dornes ist in einem weiteren Radialwälzlager gelagert, dessen feststehender Außenring sich an eine Ausdrehung der erwähnten Achse, die ihn umfaßt, abstützt.

Der bekannte Rotationsmeißel hat den Nacliteii, daß bei einer durch die Hauptschnittkraft verursachten Verbiegung des das Schneidelement tragenden Dornes, dessen vorderes Ende der Biegelinie folgt und der am vorderen Ende des Dornes angeordnete Flansch die ihn umfassende, die Verbindung zum Außenring des vorderen Radiallagers herstellende Hülse mitnimmt Dabei wird der Außenring des Lagers durch die Hülse gegenüber dem Innenring des Lagers, der auf der starren Achse sitzt, verkantet. Dies hat zur Folge, daß das die Hauptschnittkraft aufnehmende Lager des Rotationsmeißels bald unbrauchbar wird.

Aus eier Zeitschrift »Machines and Tooling«. Heft 12, 1974, Seiten 43-45, und Heft 12,1977, Seiten 33 und 34. sind Bauarten von Rotationsmeißeln, insbesondere von Meißelhaltern, bekannt, bei denen das dem Schneidelement nächstgelegene vordere Radiallager starr in einem Gehäuse angeordnet ist. Bei der Arbeit wird die Achse des das Schneidelement haltenden Dornes unter der Wirkung der Schnittkräfte elastisch gebogen. Dadurch

so wird die Bahnebene der Wälzkörper des Außenringes gegenüber der Bahnebene des Innenringes gekippt bzw. verschwenkt. Dies führt dazu, daß die Berührungslinie der Wälzkörper und der Wälzbahn nicht mehr ein Kreis, sondern eine Ellipse ist, was zu einer ungleichmäßigen Belastung der Wälzkörper und zu Kantenpressungen führt, falls die Wälzkörper zylindrisch sind. Zur Behebung der durch die elastische Verformung sich ergebenden Schwierigkeiten wird empfohlen, den das Schneidelement führenden Dorn in einem besonders steifen Gehäuse und unter Verwendung von besonders widerstandsfähigen Lagern zu lagern, was sehr aufwendig ist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, den Rotationsmeißel der eingangs genannten Art so auszubilden, daß seine Lebensdauer verlängert und damit die Wirtschaftlichkeit der mit dem Meißel zu leistenden Zerspanungsarbeit verbessert wird.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merk-

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malen des Patentanspruchs 1 gelöst

Der erfindungsgemäße Rotationsmeißel hat den Vorteil, daß durch einen geringfügigen technischen Aufwand am Werkzeug eine wesentliche Ersparnis an Fertigungskosten und ein besseres Arbeitsergebnis erreicht werden. Da kein Lager verkantet läufr. treten keine Vibrationen auf. Die mit dem Rotationsmeißel bearbeiteten Oberflächen weisen eine sehr gute Qualität auf. Stillstandzeiten zum Auswechseln von Werkzeugen entfallen. Die Werkzeugkosten werden vermindert

Mit den Maßnahmen der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß sich der Außenring des dem Schneidelement nächstliegenden Radiallagers längs der Meißelachse parallel zur Biegelinie selbst einstellen kann. Dies verbessert in besonders wirkungsvoller Weise die Arbeitsbedingungen des Radiallagers und somit seine Lebensdauer und die Lebensdauer des Meißels.

In den übrigen Unteransprüchen sind wertere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotationsmeißels beschrieben.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch im Längsschnitt eine Ausführungsform des Rotationsmeißels,

F i g. 2,3,4 und 5 Ausführungsformen der Buchse, die das Radiallager aufnimmt, welches dem Schneidelement des Rotationsmeißels am nächsten angeordnet ist, F i g. 6 den Schnitt VI-Vl von F i g. 5, F i g. 7 den Schnitt VIl-VIl von Fi g. 5, F i g. 8 und 9 weitere Ausführungsformen der Buchse, teilweise axial geschnitten.

Der in Fig. 1 gezeigte Rotationsmeißel hat ein Gehäuse 1. in dem eine Achse 2 in Radiallagern 3, 4 und Stützlagern 5, 6 angeordnet ist. An der Achse 2 ist ein Schneidelement 7 einseitig befestigt Hierbei ist das dem Schneidelement 7 nächstgelegene Radiallager 3 im Gehäuse 1 über eine Buchse 8 angeordnet. Die Achse 2 ist am Stützlager S abgestützt, das die axiale Belastung aufnimmt und z. B. als Axial-Rillenkugellager ausgeführt ist, welches am Deckel 9 des Gehäuses 1 aufliegt, der durch nicht gezeigte Schrauben am Gehäuse 1 befestigt ist Die axiale Verschiebung der Achse 2 ist durch eine Mutter 10 und das Stützlager 6 begrenzt. Das Schneidelement 7 ist an der Achse 2 mit einer Mutter 11 befestigt. Die axiale Verschiebung der Radiallager 3 und 4 ist durch Sperringe 12 und 13 und durch eine Abstandshülse 14 begrenzt Eine Dichtung 15 und ein Mantel 16 sichern die Lagereinheit gegen Verschmutzung.

Die Buchse 8, von der eine erste Ausführungsform in F i g. 2 gezeigt ist, hat einen Zentralabschnitt 17 mit konstanter Steifigkeit über der Länge und dem Umfang und eine Oberfläche 18, die der Innenfläche 19 (Fig. 1) des Rotationsmeißelgehäuses 1 zugeordnet und mi: derselben identisch ist also in die Innenfläche 19 eingepaßt ist. Endabschnitte 20 unsd 21 der Buchse 8 sind mit veränderlicher Steifigkeit ausgeführt, die sich von einem Maximal- bis einem Minimalwert über ihrer Länge in Richtung zu den Stirnseiten 22 und 23 der Buchse 8 und über ihrem Umfang verändert Dabei befinden sich die Maximal- und Minimalwerte der Steifigkeit der Endabschnitte 20 und 21 der Buchse 8 in der gleichen Ebene. Die konstante Steifigkeit des Zentralabschnittes 17 über Länge und Umfang wird durch eine zylinderförmige Ausführung erzielt. Die veränderliche Steifigkeit der Endabschnitte 20 und 21 der Buchse 8 wird durch ihre Ausbildung in Form von Drehkörpern erzielt, deren Mantellinien 24 und 25 mit den Mantellinien der Oberfläche 18 des Zentralabschnittes 17 nicht zusammenfallen.

Die Endabschnitte 20,21 der Buchse 8 von F i g. 2 sind kegelförmig ausgebildet was eine veränderliche Steifigkeit der Buchse 8 über der Länge in Richtung ihrer Stirnseiten 22,23 ergibt Am Umfang wird die veränderliche Steifigkeit der Buchse 8 dadurch erreicht daß in zwei beliebigen, zur geometrischen Achse der Buchse 8 senkrechten Querschnitten auf einem beliebigen Abschnitt 20,21 die Querschnittsfläche verschieden ist Eine derart gebaute Buchse 8 wird in einem Rotationsmeißel für das Schlichten von Werkstoffen verwendet, wobei das dem Schneidelement 7 nächstgelegene Radiallager 3 als Kugellager ausgeführt ist Die in F i g. 3 gezeigte Buchse 26 hat einen Zentralabschnitt 27 und Endabschnitte 28 und 29, die sphärisch ausgebildet sind, wobei diese Form die Lebensdauer des Meißels bei Bearbeitungsarten sicherstellt, bei denen kurzzeitig Radialbelastungen auftreten. Diese Bauart der Buchse 26 wird bei einem Rotationsmeißel verwendet bei dem das dem Schneidelement nächstgelegene Radiallager ein Kugellager ist

Die in F i g. 4 dargestellte Buchse 30 hat einen Zentralabschnitt 31 und Endabschnitte 32 und 33 mit zylindrischen Abstufungen. Die so gebaute Buchse 30 wird bei einem Meißel eingesetzt der für ein Halbschlichten und für erhöhte Schnittkräfte bestimmt ist Dabei ist das dem Schneidelement nächstgelegene Radiallager des Meißeis ein Einfach- oder Doppelkugellager. Die in F i g. 5 gezeigte Buchse 34 hat einen Zentralabschnitt 35 und Endabschnitte 36 und 37, die mit Längsnuten 38 versehen sind. Die Außenflächen 39 und 40 der Endabschnitte 36 und 37 sind kegelig ausgebildet, wodurch eine veränderliche Steifigkeit der Buchse 34 über ihrer Länge sichergestellt ist. Die Längsnuten 38 der Endabschnitte 36 und 37 liegen auf einer ungleichmäßigen Kreisteilung der Größe fi (F i g. 6, 7). t₂, t₃, r«, f₅, wodurch eine veränderliche radiale Steifigkeit über dem Umfang gewährleistet wird. Die größte veränderliche Steifigkeit der Buchse 34 befindet sich auf dem Endabschnitt 36 und wird durch die maximale Kreisteilung fs (F i g. 6) bestimmt Der Endabschnitt 37, der die minimale Kreisteilung U (Fig. 7)aufweist, hat die kleinste Steifigkeit

Die Buchse 34 wird bei einem Rotationsmeißel verwendet, der für das Schlichten bestimmt ist und bei dem das dem Schneidelement nächstgelegene Radiallager ein Radialnadellager ist. Die in F i g. 8 dargestellte Buchse 41 hat einen Zentralabschnitt 42 und Endabschnitte 43 und 44, deren Außenflächen 45, 46 exzentrisch in bezug auf die geometrische Achse des Zentralabschnittes 42 der Buchse 41 ausgeführt sind. Die Größen der Exzentrizitäten +e und -e der Endabschnitte 43 und 44 der Buchse 41 sind gleich und liegen beiderseits von der geometrischen Achse des Zentralabschnittes 42. Die Buchse 41 wird bei einem Rotationsmeißel zum Halbschlichten verwendet. In diesem Fall ist das dem Schneidelement nächstgelegene Radial lager ein Radialnadellager.

Die in F i g. 9 gezeigte Buchse 47 hat einen Zentralabschnitt 48 und Endabschnitte 49, 50, die jeweils mit einem Bund 51 bzw. 52 versehen sind. Die einander zugewandten Oberflächen 53 bzw. 54 der Bunde sind unter einem gleichen Winkel α zur Achse der Buchse 47 geneigt. Die voneinander abgewandten Oberflächen 55,56 der Bunde 51 bzw. 52 sind zueinander parallel. Die Bunde 51 und 52 haben einen Durchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Zentralabschnittes 48.

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damit immer ein Spalt rf zwischen der Oberfläche 57 des Zentralabschnittes 48 und den Oberflächen 58, 59 der Bunde 51,52 bestehen bleibt. Dadurch ist es möglich, die Größe der elastischen Verformung der Endabschnitte 49, 50 während des Zerspanungsvorgangs zu beschränken.

Die Buchse 47 wird dann verwendet, wenn mit dem Rotationsmeißel Halbschlichtbearbeitungen durchgeführt werden, bei denen Stoßbelastungen und erhöhte Schnittkräfte auftreten, wobei das Radiallager, das in die Buchse eingesetzt wird, ein Radialnadellager ist.

Bei der Auslegung eines Rotationsmeißels sind bestimmte Abmessungskriterien seiner Hauptteile sowie der gegenseitige Zusammenhang dieser Kriterien wesentlich. Ί5

So soll das Verhältnis der Länge / des dem Schneidelement 7 nächstgelegenen Radiallagers 3 des Rotationsmeißels zum Außendurchmesser D des Schneidelementes 7 in den Grenzen von 0,15 bis 0,5 liegen. Wird das Verhältnis I/D kleiner als angegeben gewählt, so ist die Lebensdauer des Rotationsmeißels wegen der geringen Steifigkeit des Lagers gering.

Das Verhältnis des Innendurchmessers d des dem Schneidelement 7 nächstgelegenen Radiallagers 3 zum Durchmesser D des Schneidelementes 7 soll 0,2 bis 0,6 betragen. Wird das Verhältnis dieser Größen kleiner gewählt, so werden die Steifigkeit des Radiallagers 3 und dessen Lebensdauer zu gering. Wird das Verhältnis d/D größer gewählt, nimmt die Lebensdauer des Rotationsmeißels nicht mehr zu. Diese Wahl führt nur noch zu einer Steigerung der Abmessungen und des Metallvolumens des Rotationsmeißels.

Der Abstand L zwischen den Radiallagern 3 und 4 soll kleiner als 2D, jedoch größer/gleich lö /(0,Ii// sein, wobei c/der Innendurchmesser des dem Schneidelement 7 des nächstgelegenen Radiallagers 3 des Rotationsmeißels ist. Wird der Abstand L zwischen den Radiallagern 3 und 4 des Rotationsmeißels kleiner als die untere Grenze gewählt, so führt dies zu einem intensiven Verschleiß des dem Schneidelement 7 nächstgelegenen Radiallagers 3 des Rotationsmeißels. Ist der Abstand L zwischen den Radiallagern 3 und 4 größer als 2D, werden Funktionsfähigkeit und Lebensdauer nicht mehr verbessert. Es nehmen lediglich die Länge des Rotationsmeißels und seine Gestehungskosten zu.

Der Rotationsmeißel arbeitet wie folgt:

Infolge der Drehung und des Längsvorschubs des Rotationsmeißels rotiert das Schneidelement 7 zusammen mit der Achse 2 in der Lagereinheit um seine geometrische Achse. Während der Bearbeitung biegt sich die Achse 2 unter der Wirkung der Scimiükräfte. Die veränderliche Steifigkeit der Büchse 8 über der Länge und dem Umfang, die Endabschnitte 20,2t mit der kleinsten Steifigkeit, die in Richtung der Biegung der Achse liegen, sowie der Spalt der Endabschnitte 20,21 der Buchse 8 in bezug auf die Sitzfläche 18 des Meißelgehäuses 1 ermöglichen, daß die Büchse 8 innerhalb der elastischen Verformung ihrer Endabschnitte 20,21 den von ihr umgebenen Außenring des dem Schneidelement 7 nächstgelegenen Radialllagers 3 parallel zur Biegelinie längs der Meißelachse selbst einstellt Die Wälzkörper des Radiallagers 3 stehen mit der Meißelachse 2 und der Innenlaufbahn des Außenringes des Radiallagers 3 auf der gesamten Länge der Wälzkörper, z. B. von Lagernadeln in Berührung. Dies ergibt günstige Bedingungen für die Arbeit der ganzen Lagereinheit und vermindert die dynamischen Beanspruchungen des dem Schneidelement 7 nächstgelegenen Radiallagers 3, was die Lebensdauer dieses Radiallagers und somit des Rotationsmeißels insgesamt verlängert und die Schnitthaltigkeit des Schneidelementes erhöht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

33 Ol 964 Patentansprüche:

1. Rotationsmeißel mit einem Gehäuse, bei welchem in Radiallagern und Stützlagern eine Achse mit einem an ihr einseitig befestigten Schneidelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Schneidelement nä?hstgelegene Radiallager (3) im Gehäuse (1) in einer Büchse (8,26, 30,34, 41,47) gelagert ist, die einen Mittelabschnitt (17, 27,31.35,42,48) mit über Länge und Umfange konstanter Steifigkeit sowie Endabschrätte (20, 21; 28, 29; 32, 33; 36, 37; 43, 44; 49, 50) mit einer über Länge und Umfange der Endabschnitte in Richtung der Stirnseiten der Büchse abnehmenden Steifigkeit aufweist.

2. Rotationsmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale und die minimale Steifigkeit der Endabschnitte (36,37,43,44,49,50) in einer Ebene liegen.

3. Rotationsmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen der als Drehkörper ausgebildeten Endabschnitte (20, 21; 36, 37; 43, 44; 49, 50; 28, 29 bzw. 32, 33) der Büchse (8, 34, 41, 47; 26 bzw. 30) kegelförmig, sphärisch oder stufenförmig ausgebildet sind.

4. Rotationsmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (36, 37) der Büchse (34) mit Längsnuten (38) versehen sind, die auf einer ungleichmäßigen Kreisteüung (t\, h, h, u, h) liegen.

5. Rotationsmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Endabschnitte (43, 44) der Büchse (41) exzentrisch und parallel zur Achse des Mittelabschnittes (42) der Büchse (41) ist.

6. Rotationsmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (49, 50) der Büchse (47) jeweils mit einem Bund (51, 52) versehen sind, die einander zugewandte Oberflächen (53, 54) haben, welche unter einem gleichen Winkel (λ) zur Achse der Büchse geneigt sind und deren voneinander abgewandte Oberflächen (55, 56) zueinander parallel sind.

7. Rotationsmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Länge (I) des dem Schneidelement (7) nächstgelegenen Radiallagers (3), gemessen längs der Meißelachse, gilt: