DE60014467T2

DE60014467T2 - Methode und Vorrichtung zum Bearbeiten von Komponenten

Info

Publication number: DE60014467T2
Application number: DE2000614467
Authority: DE
Inventors: Ingemar Qvarth
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: US20010045002A1; US6421906B2; SE9900440L; DE60014467D1; EP1027948A2; US6272726B1; SE9900440D0; EP1027948A3; SE513604C2; EP1027948B1; ATE278497T1; JP2000233336A; JP4615658B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Verschiedene Komponenten, welche eine begrenzte Größe im Verhältnis zu dem Werkzeug in seiner Gesamtheit haben und welche eine Bearbeitung mit hoher Genauigkeit erfordern, sind üblicherweise in Werkzeugen für die spanabhebende Bearbeitung, wie etwa Fräswerkzeuge, Bohrwerkzeuge, Drehwerkzeuge und ähnliches eingeschlossen. Beispiele dieser Komponenten sind Kassetten und Keile für Fräswerkzeuge, Unterlegplatten für Bohr- und Drehwerkzeuge, Klammern und Spanbrecher für Fräswerkzeuge, etc. Kritische Oberflächen auf solchen Komponenten erfordern häufig Toleranzen in dem Bereich von 0,005–0,02 mm. Die gleichen feinen Toleranzen sind oft für Löcher in den Komponenten und für Sägezähne daran erforderlich. Diese Komponenten bestehen üblicherweise aus Stahl, welches Härten erfordert.
Bisher bekannte Herstellungsverfahren (zum Beispiel die US 2 827 300 , US 4 901 546 , US 3 073 6109 ) erfordern die individuelle Handhabung von Rohlingen, welche geringfügig größer als die Komponenten sind, nachdem die gesamte Bearbeitung abgeschlossen wurde. Üblicherweise werden die Rohlinge in Stahl gegossen, und die einzelnen Rohlinge werden in einer Reihe von verschiedenen Operationen bearbeitet. Zum Beispiel werden in Kassetten für Fräswerkzeuge Sitze für Schneideinsätze bei einer bestimmten Bearbeitungsstation gefräst, während das Schleifen äußerer Oberflächen bei einer anderen Station stattfindet. Bei zusätzlichen Stationen werden Sägezahneinschnitte durch Fräsen einer äußeren Oberfläche produziert und es können Löcher gebohrt und möglicherweise mit Gewinde versehen werden. Zwischen diesen Stationen müssen die einzelnen Rohlinge separat behandelt werden, da sie nach einem ersten Bearbeitungsvorgang aus der jeweiligen Befestigung gelöst werden und dann wieder in einer anderen Befestigungseinrichtung für den nächsten Bearbeitungsvorgang befestigt werden muß. Im Falle, daß ein und derselbe Rohling vielen Bearbeitungsvorgängen unterzogen werden muß, wird die Handhabung als Ganzes zeitraubend und teuer werden. Darüber hinaus hat die individuelle Handhabung bei und zwischen unterschiedlichen Bearbeitungsstationen den schwerwiegenden Nachteil, daß die Abmessungsgenauigkeit leiden kann. So besteht, falls nicht alle Rohlinge auf die gleiche Weise positioniert und fixiert sind, ein Risiko, daß einzelne Komponenten inakzeptable Toleranzabweichungen erfahren. Es sollte auch erwähnt werden, daß das notwendige Härten der Rohlinge/Komponenten einzeln ausgeführt werden muß.
Ziele und Merkmale der Erfindung
Diese vorliegende Erfindung zielt auf das Vermeiden der oben erwähnten Nachteile des bislang angewendeten Herstellungsverfahrens ab und hinsichtlich eines ersten Aspektes auf die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens für die Herstellung von Komponenten, welche die spanabhebende Bearbeitung erfordern. Ein primäres Ziel der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, welches ein genaues Bearbeiten der notwendigen Rohlinge gestattet, und zwar ohne die Notwendigkeit, sich zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen beziehungsweise Befestigungseinrichtungen hin und her zu bewegen, wobei mehrere Komponenten in allen wesentlichen Teilen vollständig bei ein und derselben Bearbeitungsstation bearbeitet werden können. Ein Ziel ist es auch, ein Herstellungsvertahren bereitzustellen, welches eine effiziente und dadurch kostengünstige Produktion erlaubt.
Gemäß der Erfindung, wird wenigstens das primäre Ziel dank der in Anspruch 1 definierten Merkmale erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens werden darüber hinaus in den anhängigen Ansprüchen 2–7 definiert.
In einer zweiten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Merkmale dieser Vorrichtung werden in Anspruch 8 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden darüber hinaus in den anhängigen Ansprüchen 9–11 definiert.
Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
In den Zeichnungen
ist 1 eine schematische, Explosionsdarstellung, die eine Reihe von tangential in Abstand angeordneter, fertig bearbeiteter Komponenten als auch eine Reihe von Komponenten zeigt, die axial eine nach der anderen angeordnet sind,
ist 2 eine teilweise seitliche Querschnittsansicht, die eine Reihe von Ringrohlingen zeigt, die an einer Welle befestigt sind,
ist 3 eine seitliche Ansicht eines einzelnen Ringrohlings,
ist 4 ein Querschnitt durch den Ringrohling gemäß 3,
ist 5 ein vergrößerter Querschnitt durch die Welle gemäß 2, wobei mehrere Komponenten an der Welle um deren Umfang herum positioniert sind, und
ist 6 ein vergrößerter, teilweiser Querschnitt durch eine Welle und mehrere anderer Komponenten, wobei andere mögliche Bearbeitungsvorgänge als die in 5 gezeigten dargestellt werden.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
In 1 wird eine Reihe von Komponenten 1 gezeigt, von denen einige tangential in Abstand zueinander angeordnet sind und sich in einer ringförmigen Konfiguration befinden, während andere Seite an Seite in einer axialen Ausdehnung einer der Komponenten in der Ringformation angeordnet sind. Bei dem konkreten Beispiel bestehen diese Komponenten aus Keilen, die den Zweck haben, einen Schneideinsatz in eine Kassette zu klemmen, die in einem Fräswerkzeug eingeschlossen ist. Zusätzlich zu einer Reihe von ebenen Oberflächen wird dieser Typ an Keilen durch eine konkav gekrümmte Oberfläche 2 abgegrenzt.
Es wird nun Bezug auf die 2–6 genommen, welche schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zusammen mit einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens darstellen.
In den 3 und 4 wird ein Rohling 3 in Form eines Ringes (in kleinem Maßstab) gezeigt. In diesem Fall ist der Ring so weit zylinderförmig, daß derselbe durch eine zylindrische innere Oberfläche 4 und genauso durch eine zylindrische äußere Oberfläche 5 begrenzt wird, wobei die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 6 eben und beiderseits im wesentlichen parallel sind.
In den 2, 5 und 6 bezeichnet die Bezugsziffer 7 eine Welle, welche an einem Ende eine Stoppeinrichtung 8 und an dem entgegengesetzten Ende einen axial beweglichen Klemmechanismus hat, der allgemein mit 9 bezeichnet wird, Bei der bevorzugten Ausführungsform schließt dieser Klemmechanismus einen Käfig 10 ein, der axial entlang der Welle beweglich ist, als auch eine Mutter 11, welche mit Schrauben an einem mit Gewinde versehenen Endabschnitt 12 der Welle befestigt ist. In dem Beispiel besteht die Stoppvorrichtung 8 aus einem verdickten Abschnitt der Welle. Dieser dickere Abschnitt als auch der Käfig 10 haben Schulterflächen 13 beziehungsweise 14, welche sich senkrecht zu der geometrischen Längsachse der Welle erstrecken.
Zwei Schneidwerkzeuge werden schematisch in Form sogenannter Schlitzfräser, die mit 15 bezeichnet werden, gezeigt. Mittels dieser Fräser können Schlitze oder Schnitte in den Ringrohlingen 3 gefräst werden, welche an der Welle montiert und daran mittels des Klemmechanismus befestigt sind. Eine Reihe tangential im Abstand angeordneter Nuten 16, die sich axial entlang der Welle erstrecken, sind in die Welle aufgenommen, um die Fräsen unterzubringen zu können, während sie sich vollständig durch den Satz Ringe hindurchschneidet. In dem Abschnitt 8 sind teilweise ringförmige Ausnehmungen 17 in der Erstreckung der Nuten 16 aufgenommen, welche als eine Stoppvorrichtung dienen. Analoge Ausnehmungen 17' sind auch in dem Käfig 10 aufgenommen.
Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Verwendung von Ringen 3 als Rohlinge für die Herstellung, wobei die Ringe einzeln jeweils ein Volumen haben, welches groß genug ist, mehrere fertiggestellte Komponenten 1 unterzubringen. Bei dem Beispiel entsprechend 1 wird vorausgesetzt, daß der individuelle Ringrohling groß genug ist, die Herstellung von zehn Komponenten zu gestatten.
In einer ersten Herstellungsstufe erfolgt die Stirnbearbeitung des individuellen Ringrohlings an zwei entgegengesetzten Seiten 6 davon. Diese Bearbeitung, welche in der Praxis aus dem Stirnfräsen oder Planschleifen bestehen kann, kann auf herkömmliche Weise ausgeführt werden, und zwar mit einer Genauigkeit in dem Bereich von 0,005–0,02 mm. In einem zweiten Schritt werden zwei oder mehr stirnbearbeitete Ringrohlinge einer nach dem anderen entlang einer gemeinsamen geometrischen Achse zusammengefaßt und in Bezug aufeinander fixiert, wobei sie einen Satz von Ringen mit stabiler Form bilden. In dem Beispiel gemäß 2 werden zwölf Ringrohlinge in einem solchen Satz gezeigt. In der Praxis werden die Ringe auf die Welle 7 geschraubt, und dann wird der Käfig 10 angebracht und mittels der Mutter 11 festgezogen. Dank der Tatsache, daß alle Ringrohlinge stirnbearbeitet sind, erstrecken sich parallele Seitenflächen gleichzeitig mit den Preßflächen 13, 14 senkrecht zu der Längsachse der Welle, wobei ein unbewegliches Verklemmen der Ringe in dem Satz erreicht wird.
Wenn die Ringrohlinge fixiert wurden, wird der Ringsatz einer Reihe von spanabhebenden Bearbeitungsvorgängen unterworfen, deren Natur von dem gewünschten Komponententyp abhängt. In den 5 und 6 werden Beispiele dafür gegeben, wie Bohrer ein mögliches Mittel zum Boh ren von Löchern unterschiedlicher Typen in den Ringrohlingen bereitstellen können, z.B. von Durchgangslöchern 18, eines Lochs 18', welches einen Federsitz bildet beziehungsweise eines Lochs 18'' für einen Stift. Darüber hinaus können Sägezähne 19 mittels eines Fräsers entlang einer Seite der Komponente erreicht werden. In anderer Hinsicht werden mehrere stirnbearbeitete Oberflächen 20 mittels eines oder mehrerer Stirnfräser gebildet, welchen mit moderner Fräsausstattung eine sehr genaue dimensionale Genauigkeit verliehen werden kann. Obwohl die Bohrvorgänge einer nach dem anderen in verschiedenen Positionen ausgeführt werden, können alle Fräsvorgänge durch axiale Bewegungen bezüglich des Ringsatzes und des Fräswerkzeugs ausgeführt werden, wodurch jede Oberfläche oder Sägezahn in einem einzelnen Durchgang bearbeitet werden kann. Mit anderen Worten, das Werkzeug und/oder der Ringsatz wird in einer einzelnen, ununterbrochenen Bewegung von einem Ende des Ringsatzes zu dem gegenüberliegenden transportiert. Bei einer Reihe anschließender Bearbeitungsvorgänge werden dem Ringsatz tangential in Abstand angeordnete und radial ausgerichtete Durchschneidungen verliehen, welche die verschiedenen Komponenten voneinander trennen. Dies kann mit den oben erwähnten Schlitzfräsern 15 ausgeführt werden, welche die Ringe vollständig durchschneiden können, und zwar indem die Umfangsabschnitte der Fräser, die die Schneideinsätze tragen, in die Nuten 16 und die Ausnehmungen 17, beziehungsweise 17', beziehungsweise in die Stoppvorrichtung 8 und den Käfig 10 hineingelassen werden. Dieses Schlitzfräsen kann durch das axiale Versetzen des Fräsers durch den Ringsatz bei Bildung der trennenden Schlitze 21 durchgeführt werden, wodurch die einzelnen Komponenten, welche voneinander getrennt wurden, immer noch zusammenhängen, da sie zwischen dem Käfig 10 und der Stoppvorrichtung 8 eingeklemmt sind. Mit anderen Worten, die fertig bearbeiteten Komponenten werden erst von der Welle 7 getrennt, wenn die Mutter 11 und der Käfig 10 abgeschraubt worden sind.
In Fällen, wo die Komponenten dafür vorgesehen sind, in Werkzeug für die spanabhebende Bearbeitung eingeschlossen zu sein, werden sie üblicherweise aus Stahl hergestellt. Die Erfindung bietet eine Möglichkeit, das notwendige Härten des Stahls auszuführen, bevor die oben erwähnten Bearbeitungsvorgänge gestartet werden. Mit anderen Worten, die unbearbeiteten Ringrohlinge 3 können bereits im unbearbeiteten Zustand dem Härten ausgesetzt werden. Auf diese Weise werden die folgenden Vorteile gewonnen, die Bearbeitungsgenauigkeit wird verbessert, als auch die vergleichsweise großen Ringrohlinge die erforderliche Handhabung in Verbindung mit dem Härten erleichtern und beschleunigen (die zahlreichen kleinen Komponenten, welche aus jedem Ringrohling gewonnen werden, erfordern eine Handhabung, die zeitaufwendiger ist).
Ein deutlicher Vorteil der Erfindung ist, daß zahlreiche Komponenten zur gleichen Zeit bearbeitet und gewonnen werden können, ohne wiederholt zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen und Befestigungseinrichtungen bewegt werden zu müssen. Dies stellt wiederum eine hohe Genauigkeit der Komponenten nach Abschluß der gesamten Bearbeitung sicher. in allen wesentlichen Punkten werden alle Komponenten identisch sein.
Bei den beispielhaft dargestellten Ausführungsformen sind die Ringrohlinge 3 zylinderförmig und werden für die Herstellung von Keilen verwendet, welche konkav gekrümmte Oberflächen 2 des in 1 gezeigten Typs haben sollten. Andere Komponenten können aber anders geformte Oberflächen, z.B. ebene Oberflächen, erfordern. In dem Falle, daß der Ringrohling zylindrisch ist, ist eine abschließende Stirnbearbeitung notwendig, wenn die Komponenten voneinander getrennt worden sind.
Obwohl die Nachbehandlung der individuellen Komponenten notwendig sein kann, kann der Großteil der Bearbeitungsvorgänge jedoch ausgeführt werden, während die Ringrohlinge in einem Satz zusammengehalten werden, der eine stabile Form hat. In diesem Zusammenhang kann herausgestellt werden, daß die Ringrohlinge als auch die Welle eine andere Form als eine zylindrische haben können. Die Ringrohlinge können zum Beispiel, wie die Welle, eine polygonale Form (z.B. quadratisch, fünfeckig beziehungsweise sechseckig) haben. In diesen Fällen können die Welle beziehungsweise die Ringrohlinge auf eine solche Art in Bezug aufeinander geformt und untergebracht werden, daß sich Lücken zwischen dem Inneren des Rings und dem Äußeren der Welle ergeben, wobei der Umfangsabschnitt des Schlitzfräsers in diesen Zwischenräumen untergebacht ist. Mit anderen Worten, es besteht keine Notwendigkeit, Nuten in die Welle aufzunehmen.
Andere mögliche Modifikationen der Erfindung
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsformen beschränkt. So ist es möglich, die Ringrohlinge in einem Satz anzuordnen, in welchem ringförmige Unterlegscheiben zwischen benachbarten Ringrohlingen eingeschlossen sind. Mit anderen Worten, die Ringrohlinge müssen nicht, wie in 2 gezeigt, in direkten Oberflächenkontakt miteinander gepreßt werden. Obwohl die Ringrohlinge bei den bevorzugten Ausführungsformen in Bezug auf eine beiderseits geometrische Achse konzentrisch plaziert sind – z.B. auf einer für alle Ringe gemeinsamen Welle – ist es auch möglich, die Ringe ohne jede Notwendigkeit der Konzentrizität zu befestigen. Obwohl die obige Erfindung im Zusammenhang mit Komponenten beschrieben wurde, die für den Einschluß in verschiedene Werkzeugtypen für die spanabhebende Bearbeitung vorgesehen sind, kann man dieselbe auch für andere beliebige, kleine Komponenten ungeachtet deren Material anwenden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Komponenten, welche eine spanabhebende Bearbeitung erfordern, mit den Stufen in denen man a) Ringe (3) als Rohlinge für die Herstellung von Komponenten (1) verwendet, wobei jeder einzelne der Ringe ein Volumen hat, welches groß genug ist, um mehrere fertiggestellte Komponenten (1) unterzubringen, b) die Stirnfläche des einzelnen Ringrohlings (3) an gegenüberliegenden Seiten (6) bearbeitet, c) zwei oder mehr Ringrohlinge einen nach dem anderen entlang einer gemeinsamen geometrischen Achse zusammensetzt und dieselben in Bezug aufeinander fixiert, während ein Satz aus Ringen gebildet wird, welche eine stabile Form haben, und d) diesen Satz von Ringen einer Reihe von spanabhebenden Bearbeitungen aussetzt, von denen wenigstens eine abschließende daraus besteht, sich axial erstreckende Schnitte (21) herbeizuführen, welche jeden Ring (3) in eine Reihe von Komponenten (1) unterteilt, welche tangential als auch axial in Abstand von dem Ringsatz angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrohlinge (3) in Bezug auf die Geometrieachse konzentrisch plaziert werden, nämlich auf einer für alle Ringe gemeinsamen Welle (7).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrohlinge (3) mit den an der Stirnfläche bearbeiteten Seiten (6) benachbarter Ringe in direkten Oberflächenkontakt miteinander gepreßt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringrohlinge (3) aus Stahl bestehen, welcher gehärtet wird, bevor die Ringe den Bearbeitungsvorgängen unterzogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abschließenden Bearbeitungsvorgänge, während denen die Komponenten voneinander getrennt werden, unter Verwendung eines Schlitzschneidvorgangs ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bearbeitungsvorgänge in der axialen Richtung entlang der gesamten Länge des zusammengesetzten Ringsatzes, genauer gesagt, so ausgeführt werden, daß auch jeder der beiden äußeren Ringrohlinge (3) an den Enden des Ringsatzes entlang seiner gesamten axialen Ausdehnung bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden oder mehrere Ringrohlinge (3) einer nach dem anderen entlang einer gemeinsamen geometrischen Achse einer Welle (7) zusammengesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schneidvorgangs, während dessen die sich axial erstreckenden Schnitte von einer Schneidvorrichtung (15) gebildet werden, eine Kante der Schneidvorrichtung in einer axialen Nut (16) aufgenommen wird, die zwischen einem äußeren Umfang der Welle und inneren Umfängen aller Ringrohlinge (3) gebildet ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Welle (7) mit tangential in Abstand angeordneten und sich axial erstreckenden Nuten (16) umfasst, welche an einem Ende eine Stoppvorrichtung (8) und an dem entgegengesetzten Ende einen axial beweglichen Klemmechanismus (9), wobei ein Satz von Ringrohlingen (3) auf die Welle aufgeschraubt und zwischen die Stoppvorrichtung und den Klemmechanismus eingeklemmt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) eine zylindrische Mantelfläche hat, in welcher die tangential in Abstand angeordneten und sich axial erstrekkenden Nuten (16) befinden, deren Zweck es ist, einen Umfangsabschnitt eines Bearbeitungselements (15) in Verbindung mit den abschließenden Bearbeitungsvorgängen aufzunehmen, während denen Komponenten, an welchen die Bearbeitung abgeschlossen wurde, voneinander getrennt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmechanismus (9) einen Käfig (10), welcher axial entlang der Welle (7) beweglich ist, als auch eine Mutter (11) einschließt, welche gegen den Käfig gepreßt werden kann, so daß dieser seinerseits gegen den Ringsatz gepreßt wird, um so die Ringe darin zu fixieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Stoppvorrichtung (8) als auch dem Käfig (10) Ausnehmungen (17, 17') in der Ausdehnung der Nuten (16) in der Welle (7) befinden.