DE4022579A1 - Werkzeug fuer den einsatz in werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für den Einsatz in Werkzeugmaschinen mit einem um eine Drehachse rotieren­ den Grundkörper und mindestens einem durch eine axial verschiebbare Steuerstange und Getriebemittel quer zum Grundkörper verstellbaren, mindestens eine Schneidplat­ te tragenden Schneidenträger.

Bei einem bekannten Werkzeug der genannten Art ist der Schneidenträger als Biegebalken ausgebildet, der an seiner Wurzel fest am Grundkörpar angeschraubt ist und eine biegeelastische Materialverdünnung aufweist. Die Verstellung des Biegebalkens erfolgt über ein durch die Steuerstange betätigbares Keilgetriebe. Die Rückstell­ kraft des Biegebalkens wird durch eine Vorspannung im Bereich der biegeelastischen Materialverdünnung erzeugt. Bei dieser Konstruktion hat es sich als nachteilig er­ wiesen, daß die Zentrifugalkraft des drehenden Werk­ zeugs in Zustellrichtung auf den Biegebalken wirkt und diesen bereits bei relativ niedrigen Drehzahlen von ca. 2000 Upm in Zustellrichtung entgegen der Vorspannung elastisch auslenkt. Dabei kann es zu Fehlbearbeitungen und zu einer Zerstörung des Werkzeugs kommen. Durch die nach oben begrenzte Drehzahl ist auch die mit dem Verstellwerkzeug erzielbare Zerspannungsleistung be­ schränkt. Weiter läßt die Zustellgenauigkeit des Biege­ balkens zu wünschen übrig, da der biegeelastisch ein­ geschränkte Bewegungsfreiheitsgrad infolge von Reibungs- und plastischen Verformungseffekten zu Ungenauigkeiten im µ-Bereich führen kann. Hinzu kommt, daß der Biegebal­ ken, der vor allem im Bereich seiner elastisch vorge­ spannten Materialverdünnung einer ständigen Wechselbe­ lastung unterworfen ist, einer allmählichen Ermüdung unterliegt mit der Folge eines frühzeitigen Verschlei­ ßes und eines Ausfalls des Verstellwerkzeugs.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Werkzeug der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das eine hohe Zustellgenauigkeit bei gerin­ ger Verschleißanfälligkeit im Verstellbereich aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorge­ schlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhän­ gigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß zur Errei­ chung einer hohen Zustellgenauigkeit der Schneidenhal­ ter fliehkraftneutral ausgebildet und spielfrei ge­ stellt werden sollte. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Schneidenhalter als um eine zur Verschieberichtung der Steuerstange im wesentlichen senkrechte Achse am Grundkörper verschwenk­ barer zweiarmiger Schwenkbalken ausgebildet ist, an dessen einem Hebelarm die Schneide angeordnet ist und der an beiden Hebelarmen geführt und dabei in Zustell­ richtung spielfrei gestellt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerstange über zueinander komplementäre Getrie­ bemittel gleichzeitig mit beiden Hebelarmen gekoppelt. Die Steuerstange weist hierzu zweckmäßig zwei im Ab­ stand voneinander auf der gleichen Stangenseite ange­ ordnete, in entgegengesetzter Richtung gegenüber der Stangenachse schräg angestellte, insbesondere als Keil­ flächen ausgebildete komplementäre Leitkurven auf, die vorzugsweise über im Grundkörper im wesentlichen in Zu­ stellrichtung verschiebbare Schubelemente oder Druck­ stifte jeweils gegen einen der Hebelarme anliegen.

Zum Ausgleich der Kippbewegung des Schwenkbalkens und von etwaigen Herstellungsungenauigkeiten ist es vor­ teilhaft, wenn die Schubelemente bzw. Druckstifte zu­ mindest an einem ihrer stirnseitigen Enden eine konvexe kugelige oder zylindrische Anlagefläche bilden. Um im Bereich der Getriebemittel Toleranzen ausgleichen und eine gewisse Vorspannung erzeugen zu können, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in dem der Schneidplatte gegenüberliegenden Hebelarm ein gegen die Stirnfläche des benachbarten Schubelements bzw. Druckstifts verstellbares, vorzugsweise als Stell­ schraube ausgebildetes Stellorgan angeordnet. Zwischen dem Stellorgan einerseits und dem Schubelement bzw. Druckstift andererseits können dabei vorzugsweise als auf einem Schaft des Stellorgans geführtes Federpaket ausgebildete Federmittel angeordnet sein. Das Stellor­ gan ist zweckmäßig als durch eine Stufenbohrung des He­ belarms hindurchgreifende Kopfschraube ausgebildet, wobei zwischen dem Schraubenkopf und einer Ringschul­ ter der Stufenbohrung ein in seiner Wandstärke ein­ stellbarer Abstimmring angeordnet werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung sind zwischen dem der Schneidplatte gegenüber­ liegenden Hebelarm einerseits und dem Grundkörper ande­ rerseits vorzugsweise als Druckfeder oder Federpaket ausgebildete, gegebenenfalls in der Federkraft ein­ stellbare Federmittel zur Spielfreistellung angeordnet. Zu diesem Zweck ist vorteilhafterweise in dem der Schneidplatte gegenüberliegenden Hebelarm eine zum Grundkörper erweiterte Stufenbohrung und in der Stufen­ bohrung ein mit seinem Kopfteil gegen den Grundkörper anliegender und mit seinem Schaftteil in einem engen Bohrungsteil der Stufenbohrung geführter Kopfbolzen an­ geordnet, während im freien Ringraum zwischen Stufen­ bolzen und Stufenbohrung vorzugsweise als Federpaket ausgebildete Federmittel auf dem Bolzenschaft geführt und gegen einander zugewandte Ringschultern der Stufen­ bohrung einerseits und des Bolzenkopfes andererseits abgestützt sind.

Das Drehlager des Schwenkbalkens ist zweckmäßig als Gleitbuchse oder als vorgespannte Wälzlagerbuchse aus­ gebildet. Der Fliehkraftvektor wirkt dabei senkrecht zur Lagerachse des Schwenkbalkens. Sie ist daher flieh­ kraftneutral. Das gleiche gilt für die beiden Hebelarme des Schwenkbalkens, wenn sich deren Drehmomente unter der Einwirkung der Fliehkraft (Fliehkraftmomente) bei drehendem Werkzeug kompensieren. Eine weitere Verbesse­ rung in dieser Hinsicht wird erreicht, wenn der Schwenk­ balken aus einem leichten Werkstoff, insbesondere aus Aluminium oder Titan besteht.

Die erfindungsgemäßen Werkzeuge werden vorzugsweise als Kombinationswerkzeuge zur kombinierten Schrupp- und Schlichtbearbeitung eingesetzt, wobei die Schneidplatte für die Schruppbearbeitung (Schruppschneide) am Grund­ körper und die Schneidplatte für die Schlichtbearbei­ tung (Schlichtschneide) am Schwenkbalken angeordnet ist. Die zentrale Steuerstange wird dabei über die Werkzeugmaschine mittels eines hydraulischen oder elektrischen Servoantriebs in axialer Richtung ver­ schoben. Die Längsverschiebung der Steuerstange wird über das Keilgetriebe und den im Grundkörper geführ­ ten Druckstift in eine Querauslenkung des Schwenkbal­ kens umgesetzt, so daß die Schlichtschneide auf einen gegenüber der Schruppschneide größeren Flugkreis he­ rausgeführt wird und bei einer Rückwärtsbearbeitung an dem zu bearbeitenden Werkstück zum Eingriff kommt.

Das erfindungsgemäße Prinzip kann sowohl bei Einschnei­ denwerkzeugen als auch bei Mehrschneidenwerkzeugen eingesetzt werden, wie z.B. in einem mehrschneidigen Schruppwerkzeug mit Schwenkbalken für die Feinbear­ beitung oder in einem Werkzeug mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Schwenkbalken für das mehrschneidige Feindrehen. Weiter kann das erfindungs­ gemäße Prinzip vorteilhaft für Schneidenwerkstoffe, wie Siliziumnitrid, eingesetzt werden, die einen re­ lativ hohen Anfangsverschleiß aufweisen, der im Zuge der Bearbeitung über den Schwenkbalken relativ ein­ fach kompensiert werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellter Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kombinationswerkzeug für die Schrupp- und Schlichtbearbeitung mit einem als Schwenkbalken ausgebildeten verstell­ baren Schneidenträger;

Fig. 2 und 3 gegenüber dem Werkzeug nach Fig. 1 hin­ sichtlich der Spielfreistellung abgewandelte Ausführungsbeispiele des Kombinationswerkzeugs in geschnittener Darstellung.

Das in der Zeichnung dargestellte Werkzeug ist ein Kom­ binationswerkzeug für die kombinierte Schrupp- und Schlichtbearbeitung von Werkstückbohrungen. Es besteht im wesentlichen aus einem einen Paßzapfen 12 für den Anschluß an eine Maschinenspindel 8 tragenden Grundkör­ per 10, einem am Grundkörper 10 starr angeordneten Klemmhalter 13 mit einer Wendeschneidplatte 14 für die Schrupp- oder Zwischenschlichtbearbeitung, einem Klemm­ halter 13′ mit Fasplatte 14′ und einem Kurzklemmhalter 15 mit axial verstellbarer Wendeschneidplatte 16 für die anschließende Schlichtbearbeitung, der an einem radial verstellbaren Schneidenträger 18 angeschraubt ist. Der Schneidenträger 18 ist als zweiarmiger Schwenkbalken ausgebildet, der in einem im Grundkörper 10 quer ausgerichteten Drehlager 20 unter radialer Verstellung der am einen Hebelarm 22 des Schwenkbalkens angeordneten Schneidplatte 16 schwenkbar angeordnet ist. Die Betätigung des Schwenkbalkens 18 erfolgt über eine Steuerstange 24, die durch eine Zentralbohrung 26 im Paßzapfen 12 und im Grundkörper 10 hindurchgreift und die ihrerseits über einen Anzugbolzen 27 durch einen maschinenseitigen hydraulischen oder elektrischen Servoantrieb in axialer Richtung verschiebbar ist.

Die Steuerstange ist durch einen in eine Längsnut 29 eingreifenden Bolzen 29′ mit dem Grundkörper 10 dreh­ fest, jedoch axial verschiebbar verbunden.

Auf der Steuerstange 24 befinden sich in axialem Ab­ stand voneinander zwei Keile 28, 30, deren Keilflächen 28′, 30′ zur Seite des Schwenkbalkens 18 weisen und nach einander entgegengesetzten Seiten gegenüber der Ver­ schieberichtung der Steuerstange 24 schräg angestellt sind. Der Keil 28 liegt mit seiner Keilfläche 28′ gegen die eine kugelig konvex gekrümmte Stirnfläche 40 eines in einer Bohrung 32 des Grundkörpers 10 radial geführ­ ten Druckstifts 36 an, der mit seiner anderen kugelig konvex gekrümmten Stirnfläche 42 von innen her gegen den schneidenseitigen Hebelarm 22 des Schwenkbalkens anliegt. Der zweite Keil 30 liegt mit seiner Keilfläche 30′ über einen in einer Bohrung 34 des Grundkörpers 10 radial geführten, kugelig gekrümmte Stirnflächen 44, 46 aufweisenden Druckstift 38 von innen her gegen einen als Kopfschraube ausgebildeten Einstellbolzen 50 im zweiten Hebelarm 48 des Schwenkbalkens 18 an. Der aus den Keilen 28 und 30 und aus den Druckstiften 36 und 38 bestehende Verstellmechanismus wirkt somit in entgegen­ gesetzten Richtungen auf beide Hebelarme 22, 48 des Schwenkbalkens 18 ein und sorgt somit dafür, daß der Schwenkbalken 18 an beiden Hebelarmen 22, 48 geführt und dabei in Zustellrichtung spielfrei gestellt ist.

Für die Feineinstellung ist zwischen dem Bolzenkopf 50′ und einer Innenschulter des Hebelarms 48 ein Abstimm­ ring 51 eingelegt, der bei der Montage zunächst Übermaß aufweist. Beim Andrehen des Einstellbolzens 50 gegen den noch Übermaß aufweisenden Abstimmring läßt sich der Bolzen zunächst noch etwas bewegen. Von dem Abstimmring 51 wird dann zunächst so viel abgeschliffen, daß sich beim erneuten Andrehen des Einstellbolzens 50 der Schwenkbalken 18 nicht mehr bewegen läßt und eine ge­ wisse Vorspannung erhalten wird. Dadurch ist der Schwenkbalken 18 spielfrei gestellt und der Einstell­ bolzen 50 durch die Flächenpressung gegen ein Verdrehen gesichert. Die in Fig. 1 dargestellte Ausgestaltung erfordert eine sehr genau aufeinander abgestimmte kom­ plementäre Anstellung und Ausrichtung der Keilflächen 28′ und 30′.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Gewindeschaft 50′ des Einstellbolzens 50 an seinem dem Druckstift 38 zugewandten Ende einen axial überste­ henden Zapfen 50′′′ geringeren Durchmessers auf, auf dem ein zwischen einer Ringschulter des Schafts 50′′ und der Stirnfläche 46 des Druckstifts 38 eingespanntes Federpaket 53 angeordnet ist. Zweckmäßig greift der Zapfen 50′′′ in eine nicht dargestellte Sackbohrung am stirnseitigen Ende des Druckstifts 38 ein, ohne dabei axial gegen den Druckstift anzuliegen. Das Federpaket 53 sorgt dafür, daß trotz Herstellungsungenauigkeiten immer Spielfreiheit im Bereich des Verstellmechanismus gewährleistet ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 im we­ sentlichen dadurch, daß der Keil 30 und der Druckstift 38 auf der Seite des zweiten Hebelarms 48 fehlt, und daß an deren Stelle in einer Stufenbohrung 60 des zwei­ ten Hebelarms 48 zwischen einer Ringschulter der Stu­ fenbohrung 60 und dem Kopf eines Kopfbolzens 56 ein Fe­ derpaket 58 eingespannt ist, das den mit seinem Schaft 56′′ in dem engen Bohrungsteil 62 der Stufenbohrung 60 geführten Kopfbolzen 56 mit seinem Kopf 56′ gegen die benachbarte Planfläche des Grundkörpers 10 drückt und damit das Keilgetriebe 28, 36 im Bereich des schneiden­ seitigen Hebelarms 22 über die gesamte Verstellstrecke spielfrei stellt.

Claims (16)

1. Werkzeug für den Einsatz in Werkzeugmaschinen mit einem um eine Drehachse rotierenden Grundkörper und mindestens einem durch eine axial verschiebba­ re Steuerstange und Getriebemittel quer zum Grund­ körper verstellbaren, mindestens eine Schneidplat­ te tragenden Schneidenträger, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schneidenträger als um eine zur Ver­ schieberichtung der Steuerstange (24) im wesentli­ chen senkrechte Achse am Grundkörper (10) ver­ schwenkbarer zweiarmiger Schwenkbalken (18) ausge­ bildet ist, an dessen einem Hebelarm (22) die Schneidplatte (16) angeordnet ist, und der an beiden Hebelarmen (22, 48) geführt und dabei in Zustellrichtung spielfrei gestellt ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (24) über zueinander komple­ mentäre Getriebemittel (28, 30) mit beiden Hebel­ armen (22, 48) gekoppelt ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (24) zwei im Abstand vonein­ ander auf der gleichen Stangenseite angeordnete, in einander entgegengesetzter Richtung gegenüber der Stangenachse schräg angestellte, insbesondere als Keilflächen (28) ausgebildete komplementäre Leitkurven trägt, die vorzugsweise über im Grund­ körper (10) im wesentlichen in Zustellrichtung verschiebbare Schubelemente oder Druckstifte (36, 38) jeweils gegen einen der Hebelarme (22, 48) anliegen.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubelemente bzw. Druck­ stifte (36, 38) zumindest an einem ihrer stirnsei­ tigen Enden eine konvexe kugelige oder zylindri­ sche Anlagefläche bilden.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem der Schneidplatte (16) gegenüberliegenden Hebelarm (48) ein gegen die Stirnfläche (46) des benachbarten Schubelements bzw. Druckstifts (38) verstellbares, vorzugsweise als Stellschraube ausgebildetes Stellorgan (50) angeordnet ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stellorgan (50) einerseits und dem Schubelement bzw. Druckstift (38) andererseits vorzugsweise als auf einem Schaft (50′′′) des Stellorgans (50) geführtes Federpaket (53) aus­ gebildete Federmittel angeordnet sind.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (50) als durch eine Stufenbohrung des Hebelarms (48) hin­ durchgreifende Kopfschraube ausgebildet ist, und daß zwischan dem Schraubenkopf (50′) und einer Ringschulter der Stufenbohrung ein in seiner Wand­ stärke veränderbarer Abstimmring (51) angeordnet ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem der Schneidplatte (16) gegenüber­ liegenden Hebelarm (48) und dem Grundkörper (10) vorzugsweise als Druckfeder oder Federpaket ausge­ bildete, gegebenenfalls in der Federkraft ein­ stellbare Federmittel (58) zur Spielfreistellung angeordnet sind.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem der Schneidplatte (16) gegenüberliegen­ den Hebelarm (48) eine zum Grundkörper erweiterte Stufenbohrung (60, 62) und in der Stufenbohrung ein mit seinem Kopfteil (56′) gegen den Grundkörper (10) anliegender und mit seinem Schaftteil (56′) in einem engen Bohrungsteil (62) der Stufenbohrung vorzugsweise mit radialem Spiel geführter Kopfbol­ zen (56) angeordnet ist, und daß im freien Ring­ raum zwischen Stufenbolzen (56) und Stufenbohrung (60, 62) vorzugsweise (58) als Federpaket (56′′) ausgebildete Federmittel auf dem Bolzenschaft ge­ führt und gegen einander zugewandte Ringschultern der Stufenbohrung (60, 62) einerseits und des Kopfbolzens (56) andererseits abgestützt sind.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (20) des Schwenk­ balkens (18) als Gleitbuchse oder als vorgespannte Wälzlagerbuchse ausgebildet ist.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schwenkbalken (18) aus einem leichten Werkstoff, insbesondere aus Aluminium oder Titan besteht.

12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die Fliehkraftmo­ mente der beiden Hebelarme (22, 48) des Schwenkbal­ kens (18) bei drehendem Werkzeug kompensieren.

13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (10) min­ destens eine vorzugsweise als Schruppschneide aus­ gebildete weitere Schneidplatte (14) angeordnet ist, und daß die am Schwenkbalken (16) angeordne­ te, vorzugsweise als Schlichtschneide ausgebildete Schneidplatte (16) mit Hilfe der Steuerstange (24) wahlweise auf einen gegenüber der weiteren Schneid­ platte (14) kleineren oder größeren Flugkreis ein­ stellbar ist.

14. Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die am Schwenkbalken (18) angeordnete Schneid­ platte (16) und die am Grundkörper (10) angeord­ nete weitere Schneidplatte (14) nach einander entgegengesetzten Arbeitsrichtungen ausgerichtet sind.

15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (10) zusätzlich mindestens eine Fasplatte (14′) ange­ ordnet ist.

16. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die am Schwenkbalken (18) angeordnete, als Schlichtschneide ausgebil­ dete Schneidplatte 16 aus Siliziumnitrid besteht.