DE3590796C2 - Meissel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meißel zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Solche Meißel dienen im Maschinenbau zur Schlicht- und Halbschlicht-Drehbearbeitung von Werkstücken, wobei ein periodischer Wechsel des abge­ stumpften Abschnitts der kreisförmigen Schneidkante durch eine Winkeldrehung des Schneidelementes um die eigene Achse bewirkt wird. Dies erlaubt, die Standzeit des Meißels zu erhöhen und die erforderliche Bearbeitung durch recht­ zeitige Ersetzung des abgestumpften Abschnitts der Schneid­ kante gegen einen scharfen Abschnitt zu erzielen.

Aus dem SU-Erfinderschein 1 77 738 ist ein Meißel bekannt, dessen drehbares tellerförmiges Schneidelement keinen eigenen Antrieb aufweist, sondern durch eine beim Schneid­ eingriff in Umfangsrichtung auftretende Kraftkomponente zur Drehung gebracht wird, wobei diese Drehung einstellbar gebremst werden kann und die Drehgeschwindigkeit somit be­ einflußt werden kann. Bei dieser Ausbildung findet während der Schneidbearbeitung eine ständige Drehung statt, was einen bei Betracht der einzelnen Umfangsabschnitte der Schneid­ kante unkontrollierten Verschleiß zur Folge hat.

Ähnliches gilt für einen aus der US-PS 30 63 132 bekannten Meißel, dessen tellerförmiges Schneidelement einen Kettenantrieb aufweist. Dieser hat ein ganz niedriges Über­ setzungsverhältnis und gewährleistet nicht die für einen optimalen Schneidbetrieb erforderlichen kleinen Drehwinkel. Außerdem können wegen der Elastizität im Kettenantriebs­ strang Vibrationen und Rattererscheinungen auftreten.

Aus der US-PS 40 24 777 ist schließlich ein Meißel bekannt, dessen Schneidelement allerdings die Form eines Vielecks hat und daß schon deswegen nicht um minimale Winkel gedreht werden muß, um jeweils einen neuen scharfen Umfangsabschnitt in Schneideingriff zu bringen. Außerdem geht es hier nur um das Wechseln des Schneidelementes, während dieses sich außer Schneideingriff befindet und die hierzu dienende Kinematik und Steuerung ist recht aufwendig.

Ein Meißel der oberbegrifflich vorausgesetzten Bauart ist aus dem SU-Erfinderschein 1 41 716 bekannt. Bei dieser bekannten Ausbildung ist das Sperrad drehfest mit dem Schneidelement verbunden und schaltet dieses bei Betätigung des auf die Klinke wirkenden Drehantriebs um eine Zahn­ teilung fort. Auf diese Weise ist eine präzise Drehstellung des Schneidelementes während des Schneidbetriebs gewährleistet.

Der Drehantrieb bei dieser bekannten Ausbildung ermöglicht aber nur periodische Fortschaltungen um Drehwinkel von 5° bis 15°, so daß auch die Schneidkante des Schneidelementes jeweils um diesen Winkel gedreht wird. Diese Grenzen sind durch die beschränkte Zähnezahl des Sperrades bedingt. So beträgt bei einer Zähnezahl des Sperrades von 72 der minimale Drehwinkel des Schneidelementes 360 : 72=5°. Bei einer Fort­ schaltung um jeweils zwei Zähne ergibt sich schon ein Winkel von 10° und bei einer Fortschaltung um jeweils drei Zähne ein Winkel von 15°. Zur Verkleinerung des Drehwinkels des Schneid­ elementes wäre es erforderlich, die Zähnezahl des Sperrades und demnach auch seinen Durchmesser zu vergrößern, was unzweckmäßig oder konstruktiv unmöglich ist.

Ein Drehwinkel des Schneidelementes 5° bis 15° entspricht ungefähr dem Winkel des Eingriffs des Schneidelementes mit dem Werkstück bei den Spantiefen, die üblicherweise bei der Schlichtbearbeitung angewendet werden. Somit verläßt bei jeder Fortschaltung ein abgestumpfter Schneidkantenabschnitt vollständig die Zerspanungszone, die durch den Winkel des Eingriffs des Schneidelementes mit dem Werkstück bestimmt wird, und wird durch einen scharfen (nicht abgestumpften) Abschnitt der Scheidkante vollständig ersetzt. Dies ist aus den nachfolgenden Gründen aber nicht immer zweckmäßig.

Bekanntlich ist die abgehobene Spandicke innerhalb des Eingriffwinkels verschieden und ändert sich zwischen einem minimalen und maximalen Wert. Deshalb sind auch die von den Schnittkräften herrührenden Beanspruchungen der Schneidkante längs des Eingriffsabschnitts ebenfalls verschieden und verändern sich von minimalen, der kleinsten Dicke des Spans entsprechenden, bis zu maximalen, der Größtdicke des Spans entsprechenden Beanspruchungen.

Der Teil des Eingriffsabschnitts der Schneidkante, auf welchen die maximale Beanspruchung einwirkt, stumpft am schnellsten ab und verliert seine Schneideigenschaften zuerst, während der übrige Teil des Eingriffsabschnitts, auf den eine geringere Belastung einwirkt, seine Schärfe und Schneideigenschaften noch beibehält. Trotzdem zwingt das Abstumpfen eines Teils der Schneidkante dazu, die Dreh­ fortschaltung des Schneidelementes vorzunehmen, so daß der Schneidkantenabschnitt, der sich im Einsatz befand, gegen einen neuen Abschnitt vollständig ausgewechselt wird. Auf diese Weise tritt auch der noch nicht abge­ stumpfte Teil der Schneidkante aus der Zerspanungszone aus. Dieser wird also unvollständig ausgenutzt. Eine solche unrationelle Ausnutzung der Schneidkante ist die Ursache einer niedrigen Standzeit des Schneidelementes.

Außerdem ist die Drehung des Schneidelementes um einen Winkel von 5° oder mehr die Ursache für ungleichmäßige Werkstückabmessungen, d. h. für eine niedrige Werkstück­ genauigkeit. Dies erklärt sich dadurch, daß der abge­ nutzte Abschnitt und der diesen ersetzende, nicht abge­ nutzte scharfe Abschnitte der Schneidkante verschiedene Abstände (Radien) zu ihrer Drehachse haben. Der abgenutzte Schneidkantenabschnitt liegt in einem kleineren Abstand zur Drehachse als der nicht abgenutzte, so daß das Maß der durch den abgenutzten Abschnitte der Schneidkante bearbeiteten Werkstückoberfläche größer bleibt als das Maß der durch den nicht abgenutzten Abschnitt der Schneid­ kante bearbeiteten Werkstückoberfläche.

Aus dem gleichen Grund ergibt sich eine ungleichmäßige Rauheit der bearbeiteten Oberfläche. Dies erklärt sich dadurch, daß die Abstumpfung der die Zerspanung bewirkenden Schneidkante während des Schneidbetriebs kontinuierlich zunimmt, während der Übergang von der Zerspanung mittels des abgestumpften Abschnitts der Schneidkante zur Zer­ spanung mittels des scharfen Abschnitts der Schneidkante nicht stetig, sondern absatzweise stattfindet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meißel der gattungsgemäßen Bauart so weiterzubilden, daß sehr kleine Drehwinkel des Schneidelementes und damit eine Erhöhung der Standzeit des Meißels, eine Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit und Gleichmäßigkeit der Rauheit der bearbeiteten Oberfläche möglich werden.

Ausgehend von einem Meißel der oberbegrifflich vorausgesetzten Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei einer solchen konstruktiven Ausführung der Schneidele­ ment-Drehvorrichtung mit einer kinematischen Kette, welche die vom Sperrad zum Schneidelement übertragene Bewegung untersetzt, wird eine Verkleinerung des Drehwinkels des Schneidelementes um 1 bis 2 Größenordnungen (um das 7- bis 50fache) gegenüber der Ausgangsausbildung gewährleistet, was zu einer gleichmäßigeren Beanspruchung der die Zerspa­ nung bewirkenden Schneidkante und folglich zu einer ratio­ nelleren Ausnutzung derselben beiträgt. Dies hat eine Er­ höhung der Standzeit des Schneidelementes um das 2- bis 3fache im Vergleich zur Ausgangsausbildung zur Folge.

Die Drehung des Schneidelementes um einen kleineren Winkel gewährleistet auch ein stabileres Werkstückmaß, das heißt eine höhere Werkstückgenauigkeit, weil der Abstand zwischen der Schneidkante und ihrer Drehachse sich bei einem kleinen Drehwinkel des Schneidelementes nur unbedeutend verändert und keine großen Schwankungen des Werkstückmaßes hervorruft. Der kleine Drehwinkel des Schneidelementes bedingt auch einen häufigeren und stetigeren Übergang von der Zerspanung mittels eines abgestumpften Abschnitts der Schneidkante zur Zerspanung mittels eines scharfen Abschnitts, was eine gleichmäßigere Rauheit der bearbeiteten Oberfläche und somit eine höhere Oberflächengüte zur Folge hat.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Anspruch 2 hat einen Meißel geringen Material­ aufwands und besondere Fertigungsgerechtigkeit zum Gegen­ stand. Anspruch 3 betrifft eine Drehvorrichtung, deren Fortschaltung sich auf besonders einfache Weise bewirken läßt.

Der Meißel gemäß der vorliegenden Erfindung ist fertigungs­ gerecht, hat ein geringeres Gewicht und hohe Lebensdauer, ist betriebszuverlässig und vibrationsfest. Die Standzeit des Schneidelementes ist 2- bis 3mal so hoch wie bei be­ kannten Meißeln. Der Meißel gewährleistet eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und eine gleichmäßige Rauheit der­ bearbeiteten Oberfläche.

Der Meißel kann mit dem größten Erfolg in Maschinenbau­ betrieben zur schneidenden Schlicht- und Halbschlicht­ bearbeitung von großen Präzisionsteilen, z. B. mit einem Durchmesser bis zu 2000 mm und einer Länge bis zu 20 000 mm, angewendet werden. Auch die Bearbeitung von kleinen Präzisionsteilen, z. B. mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Länge von 50 bis 500 mm, im Rahmen einer Massenanfertigung ist vorteilhaft möglich.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der beigefügten Zeich­ nungen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Meißel im Längsschnitt;

Fig. 2 den Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 den Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 den Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 1;

Fig. 5 Schema der Bearbeitung eines Werkstücks mittels des Meißels.

Der beispielsgemäße Meißel hat ein Schneidelement 1, das mit Hilfe einer Mutter 2 an einer Achse 3 befestigt ist, welche im Meißelgehäuse 4 in Radiallagern 5 und 6 und in einem Axiallager 7 drehbar angeordnet ist. Der Meißel hat eine Drehvorrichtung für das Schneidelement 1, zu der ein auf der Meißelachse 3 sitzendes Sperrad 8 mit Nabe 9 und eine Klinke 10 gehört.

Weiterhin besitzt die Drehvorrichtung des Schneidelementes 1 ein Zahnrad 11, das mit dem Meißelgehäuse 4 starr verbunden ist, ein Zahnrad 12, das mit Hilfe eines Längskeils 13 mit der Meißelachse 3 starr verbunden ist, und einen aus zwei axialen Ritzeln 14 und 15 bestehenden Räderblock, welcher auf der exentrisch in bezug auf die Meißelachse 3 ausgeführten Oberfläche der Nabe 9 des Sperrades 8 sitzt und dessen Ritzel mit den Zahnrädern 11 und 12 im Eingriff stehen. Zur Drehvorrichtung gehört ferner eine Glocke 16, in der die Klinke 10 auf einer Achse 17 schwenkbar gelagert ist und durch eine Feder 18, die in einer Schraube 19 Platz findet, an die Zähne des Sperrades 8 angedrückt ist. Die Glocke 16 ist durch Halteringe 20 und 21 gegen axiale Verschiebung gesichert.

Das Ritzel 14 des Räderblocks kämmt mit dem Zahnrad 11, das mit dem Gehäuse 4 starr verbunden ist, während das Ritzel 15 des Räderblocks mit dem mit der Meißelachse 3 starr verbundenen Zahnrad 12 kämmt. Zwischen der Stirnfläche des Sperrades 8 und dem Haltering 20 befindet sich eine Feder 22, die zur Beseitigung des Axialspiels der Achse 3 dient.

Im betrachteten Beispiel dient zum Drehantrieb der Glocke 16 ein Stab 23, dessen eines Ende an der Glocke 16 mit Hilfe einer Mutter 24 und einer Gegenmutter 25 befestigt ist. Das andere Ende wirkt mit einer geeigneten Betätigungsein­ richtung zusammen, als welche z. B. ein fester Anschlag an der Werkzeugmaschine dienen kann, gegen den der Stab 23 in einer Schlittenendstellung gedrückt wird. Ebenso könnte auf den Stab ein mechanischer, ein elektrischer, ein pneumatischer oder ein sonstiger geeigneter Antrieb wirken, wobei dieser auch gemäß einem Programm oder von Anschlägen gesteuert sein könnte.

An der Glocke 16 sind mit Hilfe von Muttern 24 und 26 Anschläge 27 und 28 befestigt, die mit einem am Meißelge­ häuse 4 vorgesehenen Anschlag 29 zusammenwirken und die Drehung der Glocke 16 begrenzen. Zwischen dem Gehäuse 4 und der Glocke 16 ist eine Torsionsfeder 30 angeordnet, die mit ihren Enden an der Glocke 16 und am Meißelgehäuse 4 befestigt ist und zur Rückführung der Glocke 16 in die Ausgangsstellung dient. Das Meißelgehäuse 4 besitzt einen Schaft 31, der zur Befestigung des Meißels, z. B. an einem Schlitten der Werkzeugmaschine, dient.

In Fig. 4 sind der Eingriff des Ritzels 14 mit dem Zahn­ rad 11 und die Nabe 9 des Sperrades 8, deren Außenfläche mit einer Exzentrizität e in bezug auf die Meißelachse 3 ausgeführt ist, anschaulicher dargestellt.

Der spanabhebende Schneidbetrieb mit dem beschriebenen Meißel verläuft folgenderweise:

Während der Bearbeitung eines Werkstücks 32 (Fig. 5) wird mit fortschreitender Abnutzung des vom Eingriffswinkel des Schneidelementes mit dem Werkstück begrenzten Abschnitts 33 der Schneidekante 34 des Schneidelementes 1 der Drehantrieb periodisch ausgelöst, der auf das Ende des Stabes 23 wirkt und die Glocke 16 um einen Winkel α (Fig. 3) verdreht, welcher nach der Formel

bestimmt wird. Hierin ist c eine ganze Zahl, die gewöhnlich 7 nicht übersteigt, durch die Lage des Anschlages 28 in bezug auf den Anschlag 27 bestimmt wird und von den konkreten Bedingungen der Bearbeitung des Werkstücks abhängt, und z ist die Zähnezahl des Sperrades 8.

Bei der Drehung der Glocke 16 dreht die in dieser befind­ liche Klinke 10 das Sperrad 8 um einen Winkel β, welcher nach der Formel

bestimmt wird.

Die Nabe 9 mit der Exzentrizität e, die sich zusammen mit dem Sperrad 8 dreht, zwingt das Ritzel 14 dazu, sich am Zahn­ rad 11 abzuwälzen. Das Ritzel 15, das einen Räderblock mit dem Ritzel 14 bildet und mit dem Zahnrad 12 im Eingriff steht, dreht gleichzeitig bei seiner Bewegung das letztere zusammen mit der Achse 3 und dem Schneidelement 1 um einen Winkel ϕ (Fig. 5), welcher nach der Formel

bestimmt wird. Hierin bedeuten:

z₁ Zähnezahl des Zahnrades 11;
z₂ Zähnezahl des Ritzels 14;
z₃ Zähnezahl des Ritzels 15;
z₄ Zähnezahl des Zahnrades 12.

Nach der Drehung des Schneidelementes 1 bringt die auf Torsion beanspruchte Feder 30 die Glocke 16 in die Ausgangs­ stellung zurück. Im weiteren wiederholt sich der Arbeitszy­ klus des Meißels.

Claims (3)

1. Meißel mit einem in dessen Gehäuse (4) an einer Achse (3) drehbar gelagerten Schneidelement (1) und einer Schneidelement-Drehvorrichtung mit einem auf der Meißelachse (3) sitzenden Sperrad (8) mit Nabe (9) und einer Klinke (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung des Schneidelementes (1) ein mit dem Gehäuse (4) starr ver­ bundenes Zahnrad (11), ein mit der Schneidelementachse (3) starr verbundenes Zahnrad (12), einen aus zwei axialen Ritzeln (14, 15) bestehenden Räderblock, welcher drehbar auf der zur Schneidelementachse (3) exentrisch ausgeführten Nabe (9) des Sperrades (8) sitzt und dessen Ritzel mit den Zahnrädern (11, 12) im Eingriff stehen, sowie eine Glocke (16) aufweist, in der sich die Klinke (10) befindet und auf die ein Drehantrieb wirkt.

2. Meißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der axialen Ritzel (14) des Räderblocks mit dem gehäusefesten Zahnrad (11) und das andere Ritzel (15) mit dem achsenfesten Zahnrad (12) kämmt.

3. Meißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb auf einen Stab (23) wirkt, dessen eines Ende an der Glocke befestigt ist, und daß an der Glocke (16) Anschläge (27, 28) ausgeführt sind, mit einem am Meißelge­ häuse vorgesehenen Anschlag (29) zusammenwirken und die Drehung der Glocke begrenzen, wobei eine Torsionsfeder (30) mit ihren Enden an der Glocke (16) und am Meißelgehäuse (4) befestigt ist und die Glocke (16) in ihre Ausgangsstellung beaufschlagt.