EP3894120A2 - Zirkularfräswerkzeug und zirkularfräsverfahren - Google Patents

Zirkularfräswerkzeug und zirkularfräsverfahren

Info

Publication number
EP3894120A2
EP3894120A2 EP19801192.6A EP19801192A EP3894120A2 EP 3894120 A2 EP3894120 A2 EP 3894120A2 EP 19801192 A EP19801192 A EP 19801192A EP 3894120 A2 EP3894120 A2 EP 3894120A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
cutting edge
peripheral cutting
circumferential
peripheral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19801192.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bruno Teusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guehring KG
Original Assignee
Guehring KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guehring KG filed Critical Guehring KG
Publication of EP3894120A2 publication Critical patent/EP3894120A2/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/28—Grooving workpieces
    • B23C3/34—Milling grooves of other forms, e.g. circumferential
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/04—Plain cutters, i.e. having essentially a cylindrical or tapered cutting surface of substantial length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/24—Overall form of the milling cutter
    • B23C2210/244—Milling cutters comprised of disc-shaped modules or multiple disc-like cutters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2215/00—Details of workpieces
    • B23C2215/24—Components of internal combustion engines
    • B23C2215/242—Combustion chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2220/00—Details of milling processes
    • B23C2220/36—Production of grooves

Definitions

  • the invention relates to a circular milling tool and a method for producing a micro-groove structure in the cylindrical surface of a bore in a particularly metallic workpiece, e.g. a cylinder bore in one
  • Cylinder bores or the cylinder liners in an internal combustion engine for example mechanically roughened with the aid of cutting tools, in order to obtain a good adhesive base for a surface layer to be applied in particular by thermal spraying.
  • DE 10 2016 216 464 A1 proposes a circular milling tool with a rotary drive that can be driven about an axis of rotation
  • Tool base body and a plurality of circumferential cutting side milling cutters arranged axially staggered on the tool base body.
  • Side milling cutters comprise a plurality of ones arranged in series in the circumferential direction
  • Cutting elements each of which forms a multi-tooth circumferential cutting edge, to which a cutting face or rake face is connected on the cutting direction side.
  • Cutting profile which is defined by a plurality of cutting teeth which are arranged at equal axial distances and are of the same size, the dimensions of the cutting teeth (tooth width, tooth height) each being in the pm range, for example in the range from 100 to 200 pm.
  • each side milling cutter Since the circumferential cutting edges of each side milling cutter are arranged axially at the same height and have the same cutting profile, they leave a cylindrical surface of a workpiece in a circular milling process
  • arranged cutting elements result in the sum of a micro-groove structure with a groove profile corresponding to the cutting profile of the peripheral cutting edges, which is defined by a plurality of axially spaced, circular circumferential micro-grooves, the cross-sectional profile of a micro-groove, in particular the groove width measured in the axial direction, the tooth profile, i.e. the tooth width corresponds to a cutting tooth.
  • the inside diameter of the webs separating the micro-grooves from one another i.e. the inner diameter of the micro-groove structure is enlarged to a predetermined nominal diameter by means of a separate boring or milling tool.
  • the circular milling tool proposed in DE 10 2016 216 464 A1 is distinguished by the fact that 360 ° circular milling of a cylindrical surface in FIG.
  • Cutting elements of a side milling cutter have the same cutting profile, as a result of which the chip width of the chips resulting from circular milling is equal to the tooth width of the cutting teeth or the groove width of the micro-groove grooves. Particularly in series production, chip clamping between the circular milling tool and the machined bore surface can easily occur.
  • Chip clamping can result on the one hand in a reduced service life of the circumferential cutting edges, ie the cutting elements, of the circular milling tool due to a strong thermal and mechanical stress on the filigree cutting profiles and on the other hand jeopardize the desired reproducibility of the defined groove profile of the microstructure to be produced.
  • the invention therefore has the
  • the task of creating a circular milling tool for producing a micro-groove structure with a groove profile which is defined by a plurality of axially spaced, circular circumferential micro-grooves, which allows more economical milling of a cylindrical bore surface, in particular in series production.
  • a circular milling tool according to the invention is used to roughen the cylindrical surface of a bore in a particularly metallic workpiece, e.g. a cylinder bore in an internal combustion engine, by creating a micro-groove structure that has a groove profile that is defined by a plurality of axially spaced, circular circumferential micro-grooves. That defined
  • Groove profile of the micro-groove structure to be produced is also referred to below as the end profile.
  • the dimensions of the micro grooves are each in the pm range, for example in the range from 100 to 400 pm.
  • a circular milling tool according to the invention has a basic tool body which can be driven about an axis of rotation and which carries at least one circumferential cutting edge set, but preferably a plurality of axially staggered circumferential cutting edge sets, directly or indirectly.
  • Each set of peripheral cutting edges comprises several, i.e. at least two cutting elements, which are arranged in a row in the rotational or circumferential direction and each form a circumferential cutting edge to which a cutting face or rake face is adjacent.
  • Each circumferential cutting edge set thus has at least two circumferential cutting edges which comprise at least one first circumferential cutting edge and at least one second circumferential cutting edge.
  • the multiple circumferential cutting edges each
  • Circumferential cutting edge sets are preferably distributed around the axis of rotation at the same angular pitch, ie at equal angular intervals. However, this is not absolutely necessary, so that the angular division of the peripheral cutting edges per peripheral cutting edge set can also be unequal. Taking into account the filigree micro-groove structure to be produced, the peripheral cutting edges each have a filigree one or
  • the dimensions of the cutting teeth are each in the pm range, for example in the range from 100 to 400 pm.
  • the tooth height of the cutting tooth measured in the radial direction is in the pm range, for example in the range from 100 to 400 pm, while the width measured in the axial direction can be in the mm range, for example in the range from 2 to 50 mm ,
  • circular milling tools each have the circumferential cutting edges arranged in series in the circumferential direction
  • Circumferential cutting edge set each a cutting profile that deviates from the defined groove profile of the micro-groove structure to be produced.
  • those projected in the circumferential direction overlap
  • Groove profile of the micro-groove structure to be produced i.e. map the end profile.
  • “projected in the circumferential direction” is understood to mean that the cutting edge profiles of the at least two peripheral cutting edges are mapped on a common longitudinal cutting plane of the circular milling tool.
  • an overlay of a longitudinal section of a first circumferential cutting edge with a longitudinal section of a second circumferential cutting edge (or an overlapping of longitudinal sections of the at least two circumferential cutting edges of the circumferential cutting edge set) forms a longitudinal section of a circumferential cutting edge, the cutting edge profile of which corresponds to the end profile.
  • the at least two peripheral cutting edges ie the first peripheral cutting edge and the second peripheral cutting edge
  • the plurality of cutting teeth of a first peripheral cutting edge in the axial direction with an offset to the e.g. same plurality of cutting teeth of a second peripheral cutting edge are arranged.
  • Circumferential cutting edge with regard to its tooth profile may be rectangular, trapezoidal or dovetail-shaped, their tooth width (measured in the axial direction, possibly maximum), their tooth height (measured in the radial direction) and / or their tooth pitch (measured in the axial direction) may be the same as or different from one another.
  • the use of the same tooth profiles etc. contributes to economical production and an axially compact design of the peripheral cutting edges.
  • Unequal cutting profiles can be realized, for example, by using unequal, for example plate-shaped, cutting elements with regard to the tooth profile, the tooth width, the tooth height and / or the tooth pitch
  • Tool body are arranged axially on the same fleas.
  • the dimension of a circumferential cutting edge set measured in the axial direction can thereby be at least substantially limited to the axial dimension of a circumferential cutting edge.
  • Circumferential cutting edge but also have the same cutting edge profiles, provided that the first
  • Circumferential cutting edge is axially offset by an amount corresponding to the axial overlap with respect to the second peripheral cutting edge. Due to the fact that the peripheral cutting edges are filigree to produce a micro-groove structure
  • Circumferential cutting edge set only insignificant compared to the axial dimension of a peripheral cutting edge.
  • the same cutting edge profiles can be used, for example
  • Circumferential cutting edges per circumferential cutting edge set overlap one another in the manner or so far, i.e. add up to an overlap profile that the
  • Overlap profile corresponds to the end profile.
  • the cutting load per peripheral cutting edge is lower than if the first and the second peripheral cutting edge would each produce the complete end profile.
  • the row arrangement of the at least two circumferential cutting edges, each having a cutting profile different from the end profile, and the axial overlap of the cutting profiles projected in the circumferential direction of the at least two circumferential cutting edges mean that circular milling of a cylindrical workpiece surface (bore surface) results in the
  • Cut traces of the circumferential cutting edges left behind on the workpiece surface can be fully reproduced by a 360 ° circular milling movement of the circular milling tool.
  • the circular milling tool according to the invention therefore enables an economical milling operation suitable for series production for roughening a cylindrical bore surface. Because of a lower chip removal
  • Circumferential cutting edge than that proposed in DE 10 2016 216 464 A1
  • Circular milling tool in particular due to the smaller width of the chips to be removed than the width of an end profile, i.e. the width of the grooves of the micro-groove structure to be produced, the risk of chip clamping is reduced and each circumferential cutting edge is subjected to less stress, which results in a higher stress
  • the (at least one) comprises
  • Circumferential cutting edge set at least a first peripheral cutting edge, preferably several, in particular two, first peripheral cutting edges, and at least one second peripheral cutting edge, preferably several, in particular two, second
  • Circumferential cutting edges each of which has a cutting profile, preferably the same, having a plurality of cutting teeth in the axial direction, i.e. have a multi-tooth cutting edge profile in the axial direction, i.e. a multi-toothed
  • Each of these multi-tooth peripheral cutting edges therefore has a cutting profile defined by the plurality of axially spaced cutting teeth.
  • a partial profile of the end profile can be generated which corresponds to the cutting profile of the respective peripheral cutting edge.
  • an (axial) overlay of the partial profiles forms the end profile.
  • the peripheral cutting set comprises a plurality of first peripheral cutting edges and a plurality of second peripheral cutting edges
  • the first and second are
  • Circumferential cutting alternately arranged in the direction of rotation or circumference, i.e. such that a second circumferential cutting edge follows a first circumferential cutting edge.
  • first and the second are
  • Circumferential cutting to be arranged.
  • each first circumferential cutting edge can have a different cutting profile than every second circumferential cutting edge.
  • the first and second peripheral cutting edges measured in the axial direction, can have the same overall width and can be arranged axially on the same fleas.
  • the cutting teeth of the first and second peripheral cutting edges each have a rectangular tooth profile, which is defined by a front and rear tooth flank in the axial direction (in an axial feed direction of the circular milling tool or depth direction of the bore to be machined)
  • the cutting teeth of each first peripheral cutting edge can, for example for machining the front (or back) flanks and cutting teeth each in the axial direction second circumferential cutting edge for the machining of the rear (or front) flanks of the end profile in the axial direction.
  • Circumferential cutting edge and every second peripheral cutting edge have the same cutting profile, i.e. the first and second circumferential cutting edges are of the same design, provided that each first circumferential cutting edge is axially offset against every second circumferential cutting edge. Due to the axial offset of the first circumferential cutting edges relative to the second circumferential cutting edges in the state mounted on the circular milling tool, the same cutting edge profiles of the first and the second circumferential cutting edges leave different cutting marks on the bore surface to be machined.
  • the cutting teeth of the first and second circumferential cutting edges can each have a rectangular tooth profile, which is defined by a front and rear tooth flank in the axial direction (in an axial feed direction of the circular milling tool or depth direction of the bore to be machined), and can for example the cutting teeth of each first peripheral cutting edge for machining the front flanks in the axial direction and the cutting teeth of every second
  • Circumferential cutting edge can be designed for machining the rear flanks of the end profile in the axial direction. Wear identically designed circumferential cutting edges
  • the cutting teeth of the first peripheral cutting edges and / or the second peripheral cutting edges can have a non-rectangular tooth profile, such as e.g. an asymmetrical tooth profile or another symmetrical tooth profile, for example a trapezoidal tooth profile in which a tooth width increases with increasing diameter, i.e. radially outwards, increases or decreases, or a dovetail profile or a round profile.
  • a non-rectangular tooth profile such as e.g. an asymmetrical tooth profile or another symmetrical tooth profile, for example a trapezoidal tooth profile in which a tooth width increases with increasing diameter, i.e. radially outwards, increases or decreases, or a dovetail profile or a round profile.
  • the cutting teeth of each first and second circumferential cutting edge are preferably arranged at equal axial distances, ie with the same axial pitch, from one another and / or have the cutting teeth of each first and second Circumferential cutting edge preferably equal tooth widths.
  • a tooth width is defined by an axial distance between a front cutting edge or tooth flank and a rear cutting edge or tooth flank of a cutting tooth.
  • the cutting teeth can be any first
  • the circumferential cutting edge has a different tooth width than the cutting teeth of every second circumferential cutting edge.
  • the tooth widths of the cutting teeth of each first and every second peripheral cutting edge are each smaller than the groove width of the micro-grooves of the end profile.
  • the front cutting edges of each cutting tooth of each first circumferential cutting edge and the rear cutting edges of the associated cutting tooth of every second circumferential cutting edge overlap) each at a distance of the groove width of the
  • Cutting teeth of each first and second peripheral cutting edge can preferably be between 200 and 700 ⁇ m.
  • Circumferential cutting edge can preferably be between 2 and 50 mm.
  • the cutting profiles of the first peripheral cutting edge and the second peripheral cutting edge lie on the same diameter with respect to the axis of rotation of the circular milling tool. That is, the peripheral cutting edges of the cutting teeth, i.e. the outer diameter of the cutting profiles, the first peripheral cutting edge and the second peripheral cutting edge on a common cylindrical surface around the axis of rotation of the
  • the cutting profiles of the first peripheral cutting edge and the second peripheral cutting edge each differ only in the tooth width of the cutting teeth or in the groove width of the partial profile from the end profile.
  • each peripheral cutting edge set are in Arranged circumferentially at equal angular intervals, ie with the same angular division.
  • each set of circumferential cutting edges has eight
  • Circumferential cutting which are arranged in the circumferential direction at a distance of 45 °.
  • the peripheral cutting set can comprise at least a third peripheral cutting edge which has a cutting profile different from the cutting profiles of the first peripheral cutting edge and the second peripheral cutting edge.
  • the cutting profile of the third peripheral cutting edge both from the cutting profiles of the first peripheral cutting edge and the second peripheral cutting edge and from the defined groove profile of the micro-groove structure to be produced, i.e. the end profile.
  • an overlay of the cutting edge profiles i.e. a projection of the
  • Cutting profiles in the circumferential direction, the first circumferential cutting edge, the second circumferential cutting edge and the third circumferential cutting edge form the end profile.
  • the third peripheral cutting edge is arranged between the first peripheral cutting edge and the second peripheral cutting edge. This allows a cutting load to be applied evenly to the first, second and third
  • Circumferential cutting edge are distributed, since each peripheral cutting edge only has to take off as much material by how much the cutting profile of the peripheral cutting edge
  • Cutting profile of an adjacent peripheral cutting edge overlaps.
  • the end profile can thus be produced particularly economically and reproducibly.
  • the third peripheral cutting edge can lie on a smaller diameter than the first peripheral cutting edge and / or the second peripheral cutting edge.
  • the groove depth and the groove width of the end profile can be produced by the first and the second peripheral cutting edge, while by means of the third peripheral cutting edge only the webs of the bore surface lying between adjacent micro-grooves are machined to a defined nominal diameter.
  • the third peripheral cutting edge can therefore have a single-tooth cutting profile. This allows a cutting profile with special high strength can be provided. The cutting profile thus generates the inside diameter of the bore surface over its entire axial extent.
  • the cutting tooth of the single-tooth cutting profile of the third peripheral cutting edge can have an axial tooth width which is essentially as large as that
  • the third circumferential cutting edge can machine an area with the same axial width as the first and / or second circumferential cutting edge and, provided that the first, second and third circumferential cutting edges of a circumferential cutting edge set are arranged axially at least substantially at the same height, the end profile by means of a
  • the third peripheral cutting edge can be any peripheral cutting edge.
  • Circumferential cutting edge set has several, in particular four, third circumferential cutting edges, which are each arranged between one of the plurality of first peripheral cutting edges and one of the plurality of second peripheral cutting edges. According to the development, every third peripheral cutting edge can lie on a smaller diameter than each first peripheral cutting edge and every second peripheral cutting edge and a single tooth
  • Cutting tooth has an axial tooth width which is substantially as large as the cutting width of each first circumferential cutting edge or every second circumferential cutting edge. In contrast to the multi-toothed circumferential cutting edges of each first first circumferential cutting edge or every second circumferential cutting edge.
  • every third circumferential cutting edge can have the inside diameter of the webs lying between the micro-grooves to edit.
  • every third peripheral cutting edge can have a wavy cutting profile.
  • the peripheral cutting set can have a larger number of thirds
  • Circumferential cutting the number of first circumferential cutting and second
  • Circumferential cutting edge set includes as many circumferential cutting edges as are produced by the micro grooves, namely the first and the second circumferential cutting edges
  • Tool body of the circular milling tool on a plurality of axially staggered circumferential cutting sets.
  • the preferred embodiment has so many peripheral cutting sets that the entire axial width of the
  • Circumferential cutting sets greater than or equal to the depth of the to be machined
  • Hole surface is.
  • the bore surface to be machined can be machined over its entire axial extent by means of a 360 ° circulation of the circular milling tool, without the circular milling tool having to be readjusted in the axial direction or several circular milling processes being necessary.
  • two axially successive circumferential cutting sets can be rotated relative to one another by a predetermined angle about the axis of rotation.
  • the peripheral cutting edges of the two adjacent peripheral cutting edge sets are arranged one after the other, as seen in the peripheral or cutting direction, so that they cut into the cylindrical surface to be machined at different times.
  • the circumferential cutting edge sets are arranged such that circumferential cutting edges each having the same cutting profile are arranged in the axial direction along helices. This arrangement lends itself to arranging two axially successive circumferential cutting sets in such a way that they overlap one another in the axial direction.
  • the cutting profiles of adjacent peripheral cutting sets projected in the circumferential direction overlap, so that a machined bore surface does not contain any unprocessed surface areas.
  • the peripheral cutting edges can each be formed on a cutting element, for example plate-shaped, which is fixed directly or indirectly on the tool base body.
  • Circular milling tool associated with a set of peripheral cutting edges
  • Tool body be determined indirectly.
  • Such side milling cutters are already well known, so that only the first, second and third
  • Circumferential cutting designed according to the invention and must be attached to the side milling cutter for producing a circular milling tool according to the invention.
  • the cutting elements can be directly on
  • Tool body fixed, e.g. arranged in circumferentially open receiving pockets and fastened positively, non-positively and / or cohesively.
  • the circular milling tool can have a number of flutes corresponding to the number of peripheral cutting edges of a peripheral cutting set.
  • the flutes can be worked into the basic tool body or, for example, by a helical arrangement of the
  • Circumferential cutting results, so that a chip flow is guaranteed, which prevents chips that get jammed between the tool and the bore.
  • the tool base body can be divided into a carrier section carrying the at least one peripheral cutting edge set and a shaft section axially adjoining the carrier section for connecting the
  • Circular milling tool with a cutting or interface of a Machine tool system can be subdivided so that the circular milling tool can be used with a machine tool system in a manner known to those skilled in the art.
  • the object of the invention is also achieved by a method for producing a micro-groove structure in a bore in a particularly metallic workpiece, e.g. solved a cylinder bore in an internal combustion engine, wherein the micro-groove structure comprises a plurality of axially spaced and circular circumferential micro-grooves, each with a defined groove profile.
  • a bore surface is thereby through a 360 ° circulation of a rotary driven circular milling tool according to the invention about the bore axis
  • Circumferential cutting edge comprising at least a second peripheral cutting edge and at least a third peripheral cutting edge, can be achieved by means of an inventive
  • Circular milling tool in a 360 ° revolution a cylindrical workpiece surface with a micro-groove structure, which has a groove profile, which is defined by a plurality of axially spaced, circular circumferential micro-grooves and on one
  • predetermined diameter is reproducibly finished.
  • the circular milling tool is designed such that
  • Workpiece surface generates a first cutting track, which is designed as a circumferential circumferential first groove profile, which corresponds to a part of the end profile, and at least a second circumferential cutting edge generates a second cutting track, which as a circumferential circumferential second groove profile, which is part of the
  • the first and the second groove profile ie the first and the second cutting track
  • the first and the second groove profile complement each other End profile.
  • the first and the second groove profile complement one another in such a way that the first and second groove profile largely overlap, for example more than 50%, particularly preferably more than 80%.
  • the circumferential cutting edge set can also have at least one third circumferential cutting edge which creates a third cutting track in the workpiece surface, the first, the second and the third
  • FIG. 1 is a side view of a circular milling tool according to the invention
  • FIGS. 3 to 6 longitudinal sectional views of the cutting profiles of the peripheral cutting edges of the circular milling tool
  • FIGS. 7 to 9 schematic representations of cutting teeth of the cutting profiles in engagement with an end profile
  • FIG. 10 is a perspective view of the circular milling tool in a first preferred embodiment
  • FIGS. 1 1 to 13 is a perspective view, a side view and a
  • FIG. 14 is a perspective view of a cutting element.
  • Circular milling tool is designed to bore in a cylindrical surface in a particularly metallic workpiece, for example the piston running surface of a
  • the micro-groove structure to be produced has a defined groove profile, which is defined by a plurality of circular, circumferential micro-grooves arranged at an axial distance from one another, in order to obtain a good adhesive base for a surface layer to be applied in particular by thermal spraying.
  • the defined groove profile of the micro-groove structure to be produced is referred to below as the end profile.
  • a circular milling tool 1 has a tool base body 10 which can be driven in rotation about a longitudinal central or rotational axis 2 and which can be functionally divided into a shank section 11 and a carrier section 12.
  • Shaft section 11 can be connected to an interface of a (not shown)
  • Machine tool system are connected to drive the tool body 10 about the axis of rotation 2.
  • the shaft section 11 points in the illustrated
  • Embodiments a hollow shaft taper (HSK).
  • the shank section 11 can also have, for example, a steep taper shank or a cylindrical shank for connecting the circular milling tool 1 to the machine tool system.
  • the circular milling tool 1 has a modular structure.
  • the carrier section 2 carries a plurality of circumferentially cutting cutting tools 20 to 34 which are arranged at defined axial distances from one another on the tool base body 10 and which are each formed in the illustrated embodiment by a disk milling cutter.
  • the carrier section 12 carries fifteen
  • Cutting tools 20 to 34 so that a cutting part 13, e.g. with a length of 154 mm.
  • the cutting tools 20 to 34 each have the same nominal diameter, e.g. 70 mm, which is smaller than the inside diameter of the
  • a clamping screw 14 screwed on the end face into the tool round body 10 clamps the cutting tools 20 to 34 against an axial stop formed on the shaft base body 10.
  • the clamping screw 14 is executed as a cap screw, the head 15 presses against the foremost cutting tool 20.
  • the cutting tools 20 to 34 each have the same structure.
  • the structure of the cutting tool 20 is therefore described below, since the structure of the cutting tools 21 to 34 is analogous to this.
  • Cutting tool 20 has a disk-shaped cutter base body 35, which carries a plurality of cutting elements 36 arranged in series in the circumferential direction. Each cutting element 36 has a peripheral cutting edge 37, the
  • Circumferential cutting 37 of the cutting elements 36 form a peripheral cutting set of the cutting tool 20.
  • the cutting tool 20 has eight cutting elements 36.
  • Cutting tool 20 are arranged.
  • Cutting tool 20 has first peripheral cutting edges 38, second peripheral cutting edges 39 and third peripheral cutting edges 40, each of which has a cutting edge profile that is different from the end profile, in particular corresponds to a part of the end profile.
  • the peripheral cutting set of the cutting tool 20 has two first peripheral cutting edges 38, two second
  • Circumferential cutting edges 39 and four third peripheral cutting edges 40 are opposite, i.e. in
  • Circumferential direction offset by 180 ° are arranged.
  • the second peripheral cutting edges 39 are opposite, i.e. circumferentially offset by 180 °, and between the first circumferential cutting edges 38, i.e. offset in the circumferential direction by 90 ° to the first circumferential cutting edges 38.
  • the first circumferential cutting edges 38 and the second circumferential cutting edges 39 are therefore regularly alternately arranged in the circumferential direction.
  • the third circumferential cutting edges 40 are each offset by 90 ° to one another in the circumferential direction and between a respective first one
  • Circumferential cutting edge 38 and a second peripheral cutting edge 39 ie in the circumferential direction offset by 45 ° to a first circumferential cutting edge 38 and a second circumferential cutting edge 39, respectively.
  • the result is the following arrangement of the circumferential cutting edges 37 arranged in series in the circumferential direction: first
  • the first circumferential cutting edges 38, the second circumferential cutting edges 39 and the third circumferential cutting edges 40 each have a cutting edge profile which is different both from the end profile and from the cutting edge profiles of the respective other peripheral cutting edges 38, 39, 40.
  • the cutting edge profiles of the first peripheral cutting edges 38, second peripheral cutting edges 39 and third peripheral cutting edges 40 therefore leave different cutting traces in a machined bore surface.
  • the circumferential direction overlaps in the manner or so far in the axial direction and / or in the radial direction that they together form the end profile.
  • the circular milling tool 1 therefore works as follows: Will that
  • Circular milling tool 1 driven in the direction of rotation, cut the first, second and third peripheral cutting edges 38, 39, 40 in succession in the bore to be machined.
  • each of the first, second, and third peripheral cutting edges 38, 39, 40 removes material to map a portion of the end profile.
  • the first peripheral cutting edges 38 cut a first cutting track, which is part of the end profile, ie a partial profile, and corresponds to the cutting profile of the first peripheral cutting edges 38, into the bore surface.
  • the profile area of the first cutting track is smaller than the profile area of the end profile, for example the first cutting track has a groove profile with a smaller groove width.
  • the circular milling tool 1 continues to rotate its axis of rotation 2, the third circumferential cutting edges 40 cut a third cutting track, which is a partial profile of the end profile and the cutting profile of the third
  • the third cutting track is different from the end profile, for example the third cutting track lies on a smaller diameter around the bore axis than the first cutting track. If the circular milling tool 1 rotates further about its axis of rotation 2, the second peripheral cutting edges 39 cut a second cutting track, which is part of the end profile and corresponds to the shape of the cutting edge profile of the second peripheral cutting edges 39, into the surface of the bore.
  • the profile area of the second cut track is smaller than the profile area of the end profile, for example the second cut track has a groove profile with a smaller groove width than the end profile, but deviates from the first cut track, for example the second cut track has a groove profile with the same groove width as the first cutting track, but is axially offset.
  • the first and the second cutting track overlap to a large extent in the axial direction, for example with more than 80% of the respective groove width.
  • FIG. 3 shows a cutting element 36 which forms one of the first circumferential cutting edges 38.
  • the cutting profile of the first peripheral cutting edge 38 has a plurality of cutting teeth 38a, which are at the same axial tooth spacing from one another
  • the cutting teeth 38a thus have a constant axial pitch.
  • the cutting teeth 38a of the first peripheral cutting edge 38 each have a rectangular profile in the illustrated embodiment.
  • the tooth width B38a is measured by the distance between a front tooth flank 38b (in the axial feed direction of the circular milling tool) and a rear tooth flank 38c of a cutting tooth 38a (in the axial feed direction of the circular milling tool).
  • the tooth height H38a is measured by the distance between a tooth base 38d and a tooth tip 38e.
  • Each tooth base 38d of the cutting teeth 38a lies on a constant one
  • Each tooth tip 38e of the cutting teeth 38a lies on a constant tooth tip diameter D38e, which also forms the diameter D38 of the first peripheral cutting edge 38.
  • the axial tooth spacing A 38a is measured by the distance between a rear tooth flank 38c of a cutting tooth 38a and one front tooth flank 38b of an adjacent cutting tooth 38a arranged behind it in the axial feed direction of the circular milling machine 1.
  • the axial pitch T38a with which the cutting teeth 38a are arranged is measured by the distance between the front tooth flanks 38b in each case of two cutting teeth 38a adjacent in the axial direction.
  • the axial pitch T38a thus corresponds to the sum of the axial tooth spacing A38a and the tooth width B38a.
  • Each first peripheral cutting edge 38 has an overall width B38.
  • FIGS. 4a and 4b show two variants of a cutting element 36 which forms one of the second peripheral cutting edges 39.
  • Circumferential cutting edge 39 has a plurality of cutting teeth 39a, which are arranged at the same axial tooth spacing from one another and each have the same tooth width and tooth height.
  • the cutting teeth 39a thus have a constant axial pitch.
  • the cutting teeth 39a of the second peripheral cutting edges 39 each have a rectangular profile in the illustrated embodiment.
  • the tooth width B39a is measured by the distance between a front tooth flank 39b (in the feed direction of the circular milling tool) and a rear tooth flank 39c of a cutting tooth 39a (in the feed direction of the circular milling tool).
  • the tooth height H39a is measured by the distance between a tooth base 39d and a tooth tip 39e.
  • Each tooth base 39d of the cutting teeth 39a lies on a constant one
  • Each tooth tip 39e of the cutting teeth 39a lies on a constant tooth tip diameter D39e, which also forms the diameter D39 of the second peripheral cutting edge 39.
  • the axial tooth spacing A39a is measured by the distance between a rear tooth flank 39c of a cutting tooth 39a and a front tooth flank 39b of an adjacent cutting tooth 39a arranged behind it in the axial feed direction of the circular milling machine 1.
  • the axial pitch T 39a with which the cutting teeth 39a are arranged is measured by the distance between the front tooth flanks 39b of two cutting teeth 39a adjacent in the axial direction.
  • the axial pitch T39a thus corresponds to the sum of the axial tooth spacing A39a and the tooth width B39a. Every second peripheral cutting edge 39 has an overall width B39.
  • the cutting profile of a peripheral cutting edge 39 shown in FIG. 4a differs from the cutting profile of a peripheral cutting edge 38 shown in FIG. 3 in that the cutting teeth 39a are offset axially by an offset V with respect to the cutting teeth 38a, but the second peripheral cutting edge 39 is axially on the same height as the first
  • Circumferential cutting edge 38 is arranged.
  • the cutting profile of a circumferential cutting edge 39 shown in FIG. 4b has the same cutting profile as a circumferential cutting edge 38 shown in FIG. 3, but the second circumferential cutting edge 39 shown in FIG. 4b is offset axially by the offset V with respect to the first circumferential cutting edge 38.
  • the offset V is shown in the
  • Circumferential cutting edge 38 is axially offset by the offset V, as shown in Fig. 4a; or (2) the identically designed second peripheral cutting edges 38 and 39 are axially offset from one another by the offset V, as shown in FIG. 4b.
  • the third peripheral cutting edge 40 shows a cutting element 36 which forms one of the third peripheral cutting edges 40.
  • the cutting profile of every third circumferential cutting edge 40 is designed with one tooth.
  • the one cutting tooth 40a of every third peripheral cutting edge 40 has a wave profile in the embodiment shown, as shown in FIG. 5.
  • the third peripheral cutting edge 40 has an overall width B 40 .
  • the cutting profile of the third Circumferential cutting edge 40 is designed to machine the webs S between the grooves of the end profile of a machined bore surface to a predetermined diameter DR.
  • the third peripheral cutting edges 40 therefore have a smaller diameter D 4 o than the first peripheral cutting edges 38 (D 38 > D 4 o) and the second peripheral cutting edges 39 (D39> D 4 o).
  • the diameter D 4 o of the third circumferential cutting edges 40 is larger than the tooth base diameter D38 d of the first circumferential cutting edges
  • the end profile has a multiplicity of micro-grooves, each of which has the same groove width BR and groove depth HR.
  • the webs S which each have the same web width Bs, are arranged between adjacent micro-grooves.
  • the micro grooves have a constant axial pitch TR.
  • the groove width BR is measured by the distance between a front groove flank VRF and a rear groove flank HRF of a micro groove.
  • the groove depth HR is measured by the distance between a groove base RG and a web tip SS.
  • the web width Bs is measured by the distance between a rear groove flank HRF of a micro groove and a front groove flank VRF of an adjacent one in the axial feed direction of the
  • Circular milling tool arranged behind micro groove.
  • the axial pitch TR with which the micro-grooves are arranged is measured by the distance between the front groove flanks VRF of two micro-grooves adjacent in the axial direction.
  • Web tips SS lie on a diameter that forms the inside diameter DR of the micro grooves.
  • the micro grooves of the end profile have a groove width BR and a groove depth HR.
  • the groove width BR is larger than the tooth width B38a or B39a (BR> B383, BR> B39a)
  • the groove depth HR is smaller than the tooth height H38a or H39a (H ⁇ H38a, HR ⁇ H39a)
  • FIGS. 7 to 9 schematically show a section of the end profile of FIGS. 7 to 9 schematically show a section of the
  • the first circumferential cutting edge 38 works with its rear tooth flanks 38c of the cutting teeth 38a on the rear groove flanks HRF of the end profile
  • the second circumferential cutting edge 39 processes the front groove flanks 39b of the cutting teeth 39a on the front groove flanks VRF of the end profile.
  • the groove base RG of the end profile is machined by the tooth tips 38d, 39d of the first and second peripheral cutting edges 38, 39.
  • the third peripheral cutting edge 40 processes the webs S and thereby the diameter DR of the end profile.
  • the cutting tools 20 to 34 are identical to the first preferred embodiment of the circular milling tool 1.
  • the cutting tools 20 to 34 are identical to the first preferred embodiment of the circular milling tool 1.
  • the cutting tools 20 to 34 take the model of that specified in DE 10 2016 216 464 A1
  • Circular milling tool with its respective central recess on the peg-like support section 12.
  • the cutting tools 20 to 34 are circumferentially by means of a driver, such as a key against which
  • Tool body 10 fixed in a rotationally fixed.
  • the cutting tools 20 to 34 are arranged rotated relative to one another, so that the first, second and third
  • Circumferential cutting edges 38, 39, 40 each run along helical lines or helices. This means that in each case two sets of circumferential cutting edges that follow one another axially are rotated relative to one another by a predetermined angle.
  • the first peripheral cutting edges 38 and second peripheral cutting edges 39 and third, respectively Circumferential cutting 40 of two axially successive cutting tools are arranged one behind the other in the circumferential direction or direction of rotation, so that they cut into the cylindrical surface to be machined at different times.
  • the cutting part 13 of the circular milling tool 1 is helically grooved.
  • the circumferential cutting edges 37 in each case of two axially successive circumferential cutting edge sets overlap one another in the axial direction. In the embodiment shown in FIG. 10, the peripheral cutting edges 37 are each attached indirectly to the tool base body 10 via the cutting tools 20 to 34
  • FIGS. 1 1 to 13 show a second preferred embodiment of the
  • Circular milling tool 1 according to the invention.
  • the second preferred embodiment corresponds essentially to the first preferred embodiment. Therefore, only the differences are described below.
  • the peripheral cutting edges 37 are each formed on a cutting element 50 and the cutting elements 50 are individually attached to a carrier section 12 of the tool base body 10.
  • the circumferential cutting edges 37 are not fixed indirectly via a cutting tool 20 to 34, but directly on the tool base body 10.
  • each cutting element 50 is arranged in a pocket-like recess on the carrier section 12 of the tool base body 10 and screwed to the carrier section 12.
  • a plurality of cutting elements 50 arranged axially at the same height and evenly distributed over the circumference form a circumferential cutting set.
  • the peripheral cutting set has first peripheral cutting edges 38 described above and second peripheral cutting edges 39 described above.
  • the peripheral cutting edge set can also have third peripheral cutting edges 40 described above.
  • the cutting elements 50 are formed in two parts and have a carrier body 50a and the cutting body 50b attached to it, for example soldering or gluing.
  • the cutting body 50b can, for example, be made of PCD, CBN or a comparable hard material during the Carrier body 50a can be made of solid carbide, steel or the like, for example.

Description

Zirkularfräswerkzeug und Zirkularfräsverfahren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Zirkularfräswerkzeug und ein Verfahren zum Erzeugen einer Mikrorillenstruktur in der zylindrischen Oberfläche einer Bohrung in einem insbesondere metallischen Werkstück, z.B. einer Zylinderbohrung in einem
Verbrennungsmotor.
Es ist hinlänglich bekannt, dass tribologisch hoch beanspruchte Oberflächen von Bohrungen in metallischen Werkstücken, z. B. der Kolbenlaufflächen von
Zylinderbohrungen oder der Zylinderbuchsen in einem Verbrennungsmotor, beispielsweise mit Hilfe spanabhebender Werkzeuge mechanisch aufgeraut werden, um eine gute Haftgrundlage für eine insbesondere durch thermisches Spritzen aufzutragende Oberflächenschicht zu erhalten.
Zu diesem Zweck schlägt beispielsweise die DE 10 2016 216 464 A1 ein Zirkularfräswerkzeug mit einem um eine Drehachse drehantreibbaren
Werkzeuggrundkörper und einer Mehrzahl von am Werkzeuggrundkörper axial gestaffelt angeordneten umfangsschneidenden Scheibenfräsern vor. Jeder
Scheibenfräser umfasst mehrere in Umfangsrichtung in Reihe angeordnete
Schneidelemente, die jeweils eine mehrzahnige Umfangsschneide bilden, an die schnittrichtungsseitig eine Schneidbrust- oder Spanfläche anschließt. Die
Umfangsschneiden jedes Scheibenfräsers zeigen ein gleiches filigranes
Schneidenprofil, das durch eine Mehrzahl von in gleich großen axialen Abständen angeordneten und gleich groß ausgebildeten Schneidzähnen definiert ist, wobei die Abmessungen der Schneidzähne (Zahnbreite, Zahnhöhe) jeweils im pm-Bereich, beispielsweise im Bereich von 100 bis 200 pm, liegen.
Da die Umfangsschneiden jedes Scheibenfräsers axial auf gleicher Höhe angeordnet sind und das gleiche Schneidenprofil aufweisen, hinterlassen sie bei einer Zirkularfräsbearbeitung einer zylindrischen Oberfläche eines Werkstücks in der
BESTÄTIGUNGSKOPIE Oberfläche eine der Zahl der Schneidzähne je Umfangsschneide entsprechende Zahl filigraner Schnittspuren. Die Schnittspuren der in Umfangsrichtung in Reihe
angeordneten Schneidelemente ergeben in der Summe eine Mikrorillenstruktur mit einem dem Schneidenprofil der Umfangsschneiden entsprechenden Rillenprofil, das durch eine Mehrzahl axial beabstandeter, kreisförmig umlaufender Mikrorillen definiert ist, wobei das Querschnittsprofil einer Mikrorille, im Besonderen die in axialer Richtung gemessene Rillenbreite, dem Zahnprofil, d.h. der Zahnbreite, eines Schneidzahns entspricht. In einer an die Zirkularfräsbearbeitung anschließenden separaten Bohr- oder Fräsbearbeitung wird der Innendurchmesser der die Mikrorillen voneinander trennenden Stege, d.h. der Innendurchmesser der Mikrorillenstruktur, mittels eines separaten Aufbohr- oder Fräswerkzeugs auf einen vorgegebenen Solldurchmesser vergrößert.
Das in der DE 10 2016 216 464 A1 vorgeschlagene Zirkularfräswerkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine steuerungstechnisch relativ einfach zu realisierende 360°-Zirkularfräsbearbeitung einer zylindrischen Oberfläche in
reproduzierbarer Weise eine Mikrorillenstruktur mit einem Rillenprofil erzeugt werden kann, das durch eine Mehrzahl axial beabstandeter, kreisförmig umlaufender Mikrorillen definiert ist. Allerdings erfordert die Durchmesserbearbeitung, d.h. die Fertigstellung, der Mikrorillenstruktur eine weitere Bohr- oder Fräsbearbeitung und ein zusätzliches Aufbohr- oder Fräswerkzeug neben dem Zirkularfräswerkzeug.
Des Weiteren haben die in Umfangsrichtung in Reihe angeordneten
Schneidelemente eines Scheibenfräsers das gleiche Schneidenprofil, wodurch die Spanbreite der bei der Zirkularfräsbearbeitung anfallenden Späne gleich der Zahnbreite der Schneidzähne bzw. gleich der Rillenbreite der Mikrorillenrillen ist. Insbesondere bei einer Serienfertigung kann es daher leicht zu einer Spanklemmung zwischen dem Zirkularfräswerkzeug und der bearbeiteten Bohrungsoberfläche kommen. Eine
Spanklemmung kann einerseits aufgrund einer starken thermischen und mechanischen Beanspruchung der filigranen Schneidenprofile zu einer reduzierten Standzeit der Umfangsschneiden, d.h. der Schneidelemente, des Zirkularfräswerkzeugs kommen und andererseits die erwünschte Reproduzierbarkeit des definierten Rillenprofils der zu erzeugenden Mikrostruktur gefährden. Ausgehend von der DE 10 2016 216 464 A1 hat die Erfindung daher die
Aufgabe, ein Zirkularfräswerkzeug zum Erzeugen einer Mikrorillenstruktur mit einem Rillenprofil, das durch eine Mehrzahl axial beabstandeter, kreisförmig umlaufender Mikrorillen definiert ist, zu schaffen, das eine wirtschaftlichere Fräsbearbeitung einer zylindrischen Bohrungsoberfläche insbesondere bei Serienfertigung gestattet.
Diese Aufgabe wird durch ein Zirkularfräswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Zirkularfräswerkzeug findet Verwendung zum Aufrauen der zylindrischen Oberfläche einer Bohrung in einem insbesondere metallischen Werkstück, z.B. einer Zylinderbohrung in einem Verbrennungsmotor, durch Erzeugen einer Mikrorillenstruktur, die ein Rillenprofil hat, das durch eine Mehrzahl axial beabstandeter, kreisförmig umlaufender Mikrorillen definiert ist. Das definierte
Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur wird im Folgenden auch als das Endprofil bezeichnet. Die Abmessungen der Mikrorillen (die in axialer Richtung gemessene Rillenbreite und in radialer Richtung gemessene Rillentiefe jeder Mikrorille) liegen jeweils im pm-Bereich, beispielsweise im Bereich von 100 bis 400 pm.
Ein erfindungsgemäßes Zirkularfräswerkzeug hat analog zu dem in der DE 10 2016 216 464 A1 vorgeschlagenen Zirkularfräswerkzeug einen um eine Drehachse antreibbaren Werkzeuggrundkörper, der wenigstens einen Umfangsschneidensatz, vorzugsweise aber mehrere axial gestaffelt angeordnete Umfangsschneidensätze, unmittelbar oder mittelbar trägt. Jeder Umfangsschneidensatz umfasst mehrere, d.h. wenigstens zwei Schneidelemente, die in Dreh- oder Umfangsrichtung in Reihe angeordnet sind und jeweils eine Umfangsschneide bilden, an die eine Schneidbrust- bzw. Spanfläche angrenzt. Jeder Umfangsschneidensatz weist also wenigstens zwei Umfangsschneiden auf, die wenigstens eine erste Umfangsschneide und wenigstens eine zweite Umfangschneide umfassen. Die mehreren Umfangsschneiden je
Umfangsschneidensatz sind vorzugsweise in gleicher Winkelteilung, d.h. in gleichen Winkelabständen, um die Drehachse herum verteilt. Das ist aber nicht zwingend notwendig, so dass die Winkelteilung der Umfangsschneiden je Umfangsschneidensatz auch ungleich sein kann. Der zu erzeugenden filigranen Mikrorillenstruktur Rechnung tragend haben die Umfangsschneiden aber jeweils ein filigranes ein- oder
mehrzahniges Schneidenprofil. Bei einem mehrzahnigen Schneidenprofil liegen die Abmessungen der Schneidzähne (die in axialer Richtung gemessene Zahnbreite und in radialer Richtung gemessene Zahnhöhe jedes Schneidzahns) jeweils im pm-Bereich, beispielsweise im Bereich von 100 bis 400 pm. Bei einem einzahnigen Schneidenprofil liegt die in radialer Richtung gemessene Zahnhöhe des Schneidzahns im pm-Bereich, beispielsweise im Bereich von 100 bis 400 pm, während die in axialer Richtung gemessene Breite im mm-Bereich, beispielsweise im Bereich von 2 bis 50 mm, liegen kann.
Im Unterschied zu dem in der DE 10 2016 216 464 A1 vorgeschlagenen
Zirkularfräswerkzeug haben bei einem erfindungsgemäßen Zirkularfräswerkzeug zum einen die in Umfangsrichtung in Reihe angeordneten Umfangsschneiden je
Umfangsschneidensatz jeweils ein Schneidenprofil, das von dem definierten Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur abweicht. Zum anderen überlappen bei einem erfindungsgemäßen Zirkularfräswerkzeug die in Umfangsrichtung projizierten
Schneidenprofile bzw. Spanflächen der wenigstens zwei Umfangsschneiden einander in axialer Richtung in der Weise bzw. so weit, dass sie gemeinsam das definierte
Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur, d.h. das Endprofil, abbilden. Dabei wird unter„in Umfangsrichtung projiziert“ verstanden, dass die Schneidenprofile der wenigstens zwei Umfangsschneiden auf einer gemeinsamen Längsschnittebene des Zirkularfräswerkzeugs abgebildet werden. Mit anderen Worten bildet eine Überlagerung eines Längsschnitts einer ersten Umfangsschneide mit einem Längsschnitt einer zweiten Umfangsschneide (bzw. eine Überlagerung von Längsschnitten der wenigstens zwei Umfangsschneiden des Umfangsschneidensatzes) einen Längsschnitt einer Umfangsschneide, dessen Schneidenprofil dem Endprofil entspricht, ab.
Erfindungsgemäß können die wenigstens zwei Umfangsschneiden, d.h. die erste Umfangsschneide und die zweite Umfangsschneide, je Umfangsschneidensatz ungleiche Schneidenprofile haben, die jeweils von dem Endprofil abweichen. Aufgrund ungleicher Schneidenprofile hinterlassen die wenigstens zwei Umfangsschneiden je Umfangsschneidensatz in einer bearbeiteten Werkstückoberfläche ungleiche Schnittspuren. Sind die wenigstens zwei Umfangsschneiden je Umfangsschneidensatz jeweils mehrzahnig ausgebildet, lassen sich die ungleichen Schneidenprofile
beispielsweise dadurch realisieren, dass die Mehrzahl von Schneidzähnen einer ersten Umfangsschneide in axialer Richtung mit einem Versatz zu der z.B. gleichen Mehrzahl von Schneidzähnen einer zweiten Umfangsschneide angeordnet sind. In diesem Fall können die Schneidzähne der ersten Umfangsschneide und der zweiten
Umfangsschneide hinsichtlich ihres (in Schnittrichtung gesehenen) Zahnprofils, das z.B. rechteckig, trapezförmig oder schwalbenschwanzförmig sein kann, ihrer (in axialer Richtung gemessenen, ggf. maximalen) Zahnbreite, ihrer (in radialer Richtung gemessenen) Zahnhöhe und/oder ihrer (in axialer Richtung gemessenen) Zahnteilung einander gleichen oder voneinander verschieden sein. Die Verwendung gleicher Zahnprofile etc. trägt zu einer ökonomischen Fertigung und einer axial kompakten Ausbildung der Umfangsschneiden bei.
Ungleiche Schneidenprofile lassen sich beispielsweise durch Verwendung hinsichtlich des Zahnprofils, der Zahnbreite, der Zahnhöhe und/oder der Zahnteilung ungleicher, beispielsweise plattenförmiger, Schneidelemente realisieren, die am
Werkzeuggrundkörper axial auf gleicher Flöhe angeordnet sind. Die in axialer Richtung gemessene Abmessung eines Umfangsschneidensatzes kann dadurch zumindest im Wesentlichen auf die axiale Abmessung einer Umfangsschneide begrenzt sein.
Erfindungsgemäß können die erste Umfangsschneide und die zweite
Umfangsschneide aber auch gleiche Schneidenprofile haben, sofern die erste
Umfangsschneide um ein der axialen Überlappung entsprechendes Maß axial gegenüber der zweiten Umfangsschneide versetzt ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Umfangsschneiden zur Erzeugung einer Mikrorillenstruktur filigran ausgebildete
Schneidenprofile haben, vergrößert sich die axiale Abmessung eines
Umfangsschneidensatzes im Vergleich zur axialen Abmessung einer Umfangsschneide nur unwesentlich. Gleiche Schneidenprofile lassen sich beispielsweise durch
Verwendung gleicher, beispielsweise plattenförmiger, Schneidelemente realisieren, die am Werkzeuggrundkörper um ein der axialen Überlappung entsprechendes Maß axial gegeneinander versetzt sind. Die Verwendung gleicher Schneidelemente kann dazu beitragen, die Herstellkosten gering zu halten. Entscheidend ist also lediglich, dass die in einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche hinterlassenen Schnittspuren der wenigstens zwei
Umfangsschneiden je Umfangsschneidensatz einander in der Weise bzw. so weit überlappen, d.h. sich zu einem Überlappungsprofil ergänzen, dass das
Überlappungsprofil dem Endprofil entspricht.
Da die erste Umfangsschneide und die zweite Umfangsschneide aufgrund des Winkelabstands zeitlich versetzt, d.h. nacheinander, in ein zu bearbeitendes Werkstück schneiden und jeweils eine Schnittspur, die nur einen Teil des Endprofils, d.h. jeweils ein Teilprofil, bildet, erzeugen, ist die Zerspanungslast je Umfangsschneide geringer, als wenn die erste und die zweite Umfangsschneide jeweils das vollständige Endprofil erzeugen würde. Durch die Reihenanordnung der wenigstens zwei Umfangsschneiden, die jeweils ein von dem Endprofil verschiedenes Schneidenprofil haben, und die axiale Überlappung der in Umfangsrichtung projizierten Schneidenprofile der wenigstens zwei Umfangsschneiden wird aber dennoch erreicht, dass bei einer Zirkularfräsbearbeitung einer zylindrischen Werkstückoberfläche (Bohrungsoberfläche) die in der
Werkstückoberfläche hinterlassenen Schnittspuren der Umfangsschneiden bereits durch eine 360°-Zirkularfräsbewegung des Zirkularfräswerkzeugs im Ergebnis das Endprofil vollständig abbilden.
Das erfindungsgemäße Zirkularfräswerkzeug ermöglicht daher eine für die Serienfertigung geeignete, wirtschaftliche Fräsbearbeitung zum Aufrauen einer zylindrischen Bohrungsoberfläche. Aufgrund eines geringeren Spanabtrags je
Umfangsschneide als bei dem in der DE 10 2016 216 464 A1 vorgeschlagenen
Zirkularfräswerkzeug, insbesondere aufgrund der geringeren Breite der abzutragenden Späne als die Breite eines Endprofils, d.h. der Breite der Rillen der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur, ist die Gefahr einer Spanklemmung reduziert und erfährt jede Umfangsschneide eine geringere Beanspruchung, wodurch sich eine höhere
Werkzeugstandzeit ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der (wenigstens eine)
Umfangsschneidensatz wenigstens eine erste Umfangsschneide, vorzugsweise mehrere, im Besonderen zwei, erste Umfangsschneiden, und wenigstens eine zweite Umfangsschneide, vorzugsweise mehrere, im Besonderen zwei, zweite
Umfangsschneiden, die jeweils ein in axialer Richtung eine, vorzugsweise gleiche, Mehrzahl an Schneidzähnen aufweisendes Schneidenprofil haben, d.h. ein in axialer Richtung mehrzahniges Schneidenprofil haben, d.h. eine mehrzahnige
Umfangsschneide bilden. Jede dieser mehrzahnigen Umfangsschneiden hat also ein durch die Mehrzahl axial beabstandeter Schneidzähne definiertes Schneidenprofil.
Dadurch kann beim Einschneiden der wenigstens einen ersten Umfangsschneide und der wenigstens einen zweiten Umfangsschneide in eine Werkstückoberfläche jeweils ein Teilprofil des Endprofils erzeugt werden, das dem Schneidenprofil der jeweiligen Umfangsschneide entspricht. Eine (axiale) Überlagerung der Teilprofile bildet erfindungsgemäß das Endprofil.
Für den Fall, dass der Umfangsschneidensatz mehrere erste Umfangsschneiden und mehrere zweite Umfangsschneiden umfasst, sind die ersten und zweiten
Umfangsschneiden in Dreh- bzw. Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet, d.h. so, dass eine zweite Umfangsschneide auf eine erste Umfangsschneide folgt. Alternativ dazu sind aber auch andere Anordnungen der ersten und der zweiten
Umfangsschneiden möglich. Beispielsweise können die ersten und zweiten
Umfangsschneiden in Drehrichtung unregelmäßig abwechselnd oder paarweise abwechselnd, d.h. zwei zweite Umfangsschneiden folgen zwei ersten
Umfangsschneiden, angeordnet sein.
In der bevorzugten Ausführungsform kann, wie bereits erwähnt, jede erste Umfangsschneide ein anderes Schneidenprofil als jede zweite Umfangsschneide haben. In diesem Fall können die ersten und zweiten Umfangsschneiden, in axialer Richtung gemessen, die gleiche Gesamtbreite haben und axial auf gleicher Flöhe angeordnet sein. Wenn die Schneidzähne der ersten und zweiten Umfangsschneiden jeweils eine rechteckiges Zahnprofil haben, das durch eine in der axialen Richtung (in einer axialen Zustellrichtung des Zirkularfräswerkzeugs bzw. Tiefenrichtung der zu bearbeitenden Bohrung) vordere und hinteren Zahnflanke definiert ist, können beispielsweise die Schneidzähne jeder ersten Umfangsschneide für die Bearbeitung der in der axialen Richtung vorderen (oder hinteren) Flanken und die Schneidzähne jeder zweiten Umfangsschneide für die Bearbeitung der in der axialen Richtung hinteren (oder vorderen) Flanken des Endprofils ausgelegt sein.
Alternativ dazu können in der bevorzugten Ausführungsform jede erste
Umfangsschneide und jede zweite Umfangsschneide das gleiche Schneidenprofil haben, d.h. die ersten und zweiten Umfangsschneiden gleich ausgebildet sein, sofern jede erste Umfangsschneide axial gegen jede zweite Umfangsschneide versetzt ist. Durch die axiale Versetzung der ersten Umfangsschneiden gegenüber der zweiten Umfangsschneiden im am Zirkularfräswerkzeug montierten Zustand hinterlassen die gleichen Schneidenprofile der ersten und der zweiten Umfangsschneiden voneinander unterschiedliche Schnittspuren in der zu bearbeitenden Bohrungsoberfläche. Auch in diesem Fall können die Schneidzähne der ersten und zweiten Umfangsschneiden jeweils eine rechteckiges Zahnprofil haben, das durch eine in der axialen Richtung (in einer axialen Zustellrichtung des Zirkularfräswerkzeugs bzw. Tiefenrichtung der zu bearbeitenden Bohrung) vordere und hintere Zahnflanke definiert ist, und können beispielsweise die Schneidzähne jeder ersten Umfangsschneide für die Bearbeitung der in der axialen Richtung vorderen Flanken und die Schneidzähne jeder zweiten
Umfangsschneide für die Bearbeitung der in der axialen Richtung hinteren Flanken des Endprofils ausgelegt sein. Gleich gestaltete Umfangsschneiden tragen
vorteilhafterweise dazu bei, die Herstellung und Montage des Zirkularfräswerkzeugs zu vereinfachen und somit die Kosten gering zu halten.
Alternativ dazu können in der bevorzugten Ausführungsform die Schneidzähne der ersten Umfangsschneiden und/oder der zweiten Umfangsschneiden ein nicht- rechteckiges Zahnprofil, wie z.B. ein unsymmetrisches Zahnprofil oder ein anderes symmetrischen Zahnprofil, aufweisen, beispielsweise ein trapezförmiges Zahnprofil, bei dem eine Zahnbreite mit zunehmendem Durchmesser, d.h. nach radial außen hin, zunimmt oder abnimmt, oder ein Schwalbenschwanzprofil oder ein Rundprofil.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der oben diskutierten bevorzugten
Ausführungsform sind die Schneidzähne jeder ersten und zweiten Umfangsschneide vorzugsweise in gleich großen Axialabständen, d.h. mit gleicher axialer Teilung, zueinander angeordnet und/oder haben die Schneidzähne jeder ersten und zweiten Umfangsschneide vorzugsweise gleich große Zahnbreiten. Dabei ist eine Zahnbreite durch einen axialen Abstand einer vorderen Schneidkante bzw. Zahnflanke zu einer hinteren Schneidkante bzw. Zahnflanke eines Schneidzahns definiert. Alternativ zu der bevorzugten Ausführungsform können die Schneidzähne jeder ersten
Umfangsschneide eine unterschiedlich große Zahnbreite als die Schneidzähne jeder zweiten Umfangsschneide haben. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Zahnbreiten der Schneidzähne jeder ersten und jeder zweiten Umfangsschneide aber jeweils kleiner als die Rillenbreite der Mikrorillen des Endprofils. Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform sind die vorderen Schneidkanten jedes Schneidzahns jeder ersten Umfangsschneide und die hinteren Schneidkanten des zugehörigen Schneidzahns jeder zweiten Umfangsschneide (wobei sich zugehörige Schneidzähne in Umfangsrichtung projiziert überlappen) jeweils im Abstand der Rillenbreite des
Endprofils angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Schneidzähne des
rechteckigen Zahnprofils eine Zahnbreite von 100 bis 400 pm und eine Zahnhöhe von 50 bis 250 pm. Ein axialer Abstand zwischen in Axialrichtung benachbarten
Schneidzähnen jeder ersten und zweiten Umfangsschneide kann vorzugsweise zwischen 200 und 700 pm liegen. Eine Gesamtbreite jeder ersten und zweiten
Umfangsschneide kann bevorzugterweise zwischen 2 und 50 mm liegen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform liegen die Schneidenprofile der ersten Umfangsschneide und der zweiten Umfangsschneide auf einem gleichen Durchmesser bezüglich der Drehachse des Zirkularfräswerkzeugs. Das heißt, dass die Umfangsschneidkanten der Schneidzähne, d.h. der Außendurchmesser der Schneidenprofile, der ersten Umfangsschneide und der zweiten Umfangsschneide auf einer gemeinsamen Zylindermantelfläche um die Drehachse des
Zirkularfräswerkzeugs liegen. Somit unterscheiden sich die Schneidenprofile der ersten Umfangsschneide und der zweiten Umfangsschneide jeweils lediglich in der Zahnbreite der Schneidzähne bzw. in der Rillenbreite des Teilprofils von dem Endprofil.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform sind die wenigstens zwei Umfangsschneiden jedes Umfangsschneidensatzes in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen, d.h. mit gleicher Winkelteilung, angeordnet. Beispielsweise weist jeder Umfangsschneidensatz jeweils acht
Umfangsschneiden auf, die in Umfangsrichtung im Abstand von 45° angeordnet sind.
Im Interesse einer besonders wirtschaftlichen Zirkularfräsbearbeitung kann der Umfangsschneidensatz wenigstens eine dritte Umfangsschneide umfassen, die ein von den Schneidenprofilen der ersten Umfangsschneide und der zweiten Umfangsschneide verschiedenes Schneidenprofil hat. Das heißt, dass das Schneidenprofil der dritten Umfangsschneide sowohl von den Schneidenprofilen der ersten Umfangsschneide und der zweiten Umfangsschneide als auch von dem definierten Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur, d.h. dem Endprofil, verschieden ist. Insbesondere bildet eine Überlagerung der Schneidenprofile, d.h. eine Projizierung der
Schneidenprofile in Umfangsrichtung, der ersten Umfangsschneide, der zweiten Umfangsschneide und der dritten Umfangsschneide das Endprofil.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Umfangsschneide zwischen der ersten Umfangsschneide und der zweiten Umfangsschneide angeordnet. Dadurch kann eine Zerspanungslast gleichmäßig auf die erste, zweite und dritte
Umfangsschneide verteilt werden, da jede Umfangsschneide lediglich so viel Material abnehmen muss, um wieviel das Schneidenprofil der Umfangsschneide ein
Schneidenprofil einer benachbarten Umfangsschneide überlappt. Somit kann das Endprofil also besonders wirtschaftlich und besonders reproduzierbar erzeugt werden.
Einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß kann die dritte Umfangsschneide auf einem kleineren Durchmesser als die erste Umfangsschneide und/oder die zweite Umfangsschneide liegen. In diesem Fall können beispielsweise die Rillentiefe und die Rillenbreite des Endprofils von der ersten und der zweiten Umfangsschneide erzeugt werden, während mittels der dritten Umfangsschneide lediglich die zwischen benachbarten Mikrorillen liegenden Stege der Bohrungsoberfläche auf einen definierten Solldurchmesser hin bearbeitet wird.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die dritte Umfangsschneide daher ein einzahniges Schneidenprofil haben. Dadurch kann ein Schneidenprofil mit besonders hoher Festigkeit bereitgestellt werden. Somit erzeugt das Schneidenprofil über seine gesamte axiale Erstreckung den Innendurchmesser der Bohrungsoberfläche.
Der Schneidzahn des einzahnigen Schneidenprofils der dritten Umfangsschneide kann eine axiale Zahnbreite haben, die im Wesentlichen so groß ist wie die
Schneidenbreite der ersten Umfangsschneide und/oder der zweiten Umfangsschneide. In diesem Fall kann die dritte Umfangsschneide einen Bereich mit gleicher axialer Breite wie die erste und/oder zweite Umfangsschneide bearbeiten und, sofern die erste, zweite und dritte Umfangsschneide eines Umfangsschneidensatzes axial zumindest im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet sind, das Endprofil mittels eines
Werkzeugs fertigbearbeitet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die dritte Umfangsschneide im
Besonderen ein wellenförmiges Schneidenprofil haben, was ein zusätzliches Aufrauen im Gegensatz zu einer geradlinigen Schneide bewirkt, so dass die durch die dritte Umfangsschneide bearbeiteten Flächen über ihre gesamte axiale Erstreckung eine definierte gleichbleibende Rauigkeit besitzen.
In einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform weist der
Umfangsschneidensatz mehrere, im Besonderen vier, dritte Umfangsschneiden auf, die jeweils zwischen einer der mehreren ersten Umfangsschneiden und einer der mehreren zweiten Umfangsschneiden angeordnet sind. Entsprechend der Weiterbildung kann jede dritte Umfangsschneide auf einem kleineren Durchmesser liegen als jede erste Umfangsschneide und jede zweite Umfangsschneide und ein einzahniges
Schneidenprofil haben, d.h. eine einzahnige Umfangsschneide bilden, deren
Schneidzahn eine axiale Zahnbreite hat, die im Wesentlichen so groß ist wie die Schneidenbreite jeder ersten Umfangsschneide oder jeder zweiten Umfangsschneide. Im Unterschied zu den jeweils mehrzahnigen Umfangsschneiden jeder ersten
Umfangsschneide und jeder zweiten Umfangsschneide, deren axial überlappende Schnittspuren eine Mikrorillenstruktur erzeugen, die eine Mehrzahl von axial
beabstandeten Mikrorillen umfasst, kann die einzahnige Umfangsschneide jeder dritten Umfangsschneide den Innendurchmesser der zwischen den Mikrorillen liegenden Stege bearbeiten. Hierzu kann jede dritte Umfangsschneide ein wellenförmiges Schneidenprofil haben.
Der Umfangsschneidensatz kann eine größere Anzahl an dritten
Umfangsschneiden als an ersten Umfangsschneiden und/oder an zweiten
Umfangsschneiden aufweisen. Im Besonderen kann die Anzahl der dritten
Umfangsschneiden der Anzahl der ersten Umfangsschneiden und zweiten
Umfangsschneiden zusammen entsprechen. Im Besonderen kann der
Umfangsschneidensatz genauso viele Umfangsschneiden, die die Mikrorillen erzeugen, nämlich die ersten und die zweiten Umfangsschneiden, umfassen wie
Umfangsschneiden, die die Stege zwischen den Mikrorillen und somit den
Innendurchmesser bearbeiten, nämlich die dritten Umfangsschneiden, wodurch der gesamte Bohrungsbereich gleichmäßig bearbeitet werden kann.
In einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform weist der
Werkzeuggrundkörper des Zirkularfräswerkzeugs eine Mehrzahl axial gestaffelt angeordneter Umfangsschneidensätze auf. Die bevorzugte Ausführungsform weist so viele Umfangsschneidensätze auf, dass die gesamte axiale Breite der
Umfangsschneidensätze größer-gleich der Tiefe der zu bearbeitenden
Bohrungsoberfläche ist. Dadurch kann die zu bearbeitende Bohrungsoberfläche über ihre gesamte axiale Erstreckung durch eine 360°-Zirkulation des Zirkularfräswerkzeugs bearbeitet werden, ohne dass das Zirkularfräswerkzeug in Axialrichtung nachgestellt werden muss bzw. mehrere Zirkularfräsbearbeitungen notwendig wären.
In der bevorzugten Ausführungsform können jeweils zwei axial unmittelbar aufeinanderfolgende Umfangsschneidensätze gegeneinander um einen vorgegebenen Winkel um die Drehachse verdreht sein. Dadurch sind die Umfangsschneiden der beiden benachbarten Umfangsschneidensätze in Umfangs- oder Schnittrichtung gesehen nacheinander angeordnet, so dass sie zeitlich versetzt in die zu bearbeitende zylindrische Oberfläche schneiden. Insbesondere sind die Umfangsschneidensätze so angeordnet, dass jeweils ein gleiches Schneidenprofil aufweisende Umfangsschneiden in axialer Richtung entlang von Wendeln angeordnet sind. Diese Anordnung bietet sich an, um jeweils zwei axial unmittelbar aufeinanderfolgende Umfangsschneidensätze so anzuordnen, dass sie einander in axialer Richtung überlappen. Dadurch überlappen sich die in Umfangsrichtung projizierten Schneidenprofile benachbarter Umfangsschneidensätze, so dass eine bearbeitete Bohrungsoberfläche keine unbearbeiteten Oberflächenbereiche enthält.
In der bevorzugten Ausführungsform können die Umfangsschneiden, wie bereits erwähnt, jeweils an einem am Werkzeuggrundkörper mittelbar oder unmittelbar festgelegten, beispielsweise plattenförmigen, Schneidelement ausgebildet sein.
Beispielsweise können nach dem Vorbild des eingangs diskutierten
Zirkularfräswerkzeugs die einem Umfangsschneidensatz zugeordneten
Schneidelemente über einen vom Grundkörper getragenen Scheibenfräser am
Werkzeuggrundkörper mittelbar festgelegt sein. Solche Scheibenfräser sind bereits hinreichend bekannt, so dass lediglich die ersten, zweiten bzw. dritten
Umfangsschneiden erfindungsgemäß ausgebildet und an dem Scheibenfräser zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Zirkularfräswerkzeugs angebracht werden müssen. Alternativ dazu können die Schneidelemente unmittelbar am
Werkzeuggrundkörper festgelegt, z.B. in umfangsseitig offenen Aufnahmetaschen angeordnet und form-, kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt, sein.
Unabhängig davon, ob die Schneidelemente mittelbar oder unmittelbar am Werkzeuggrundkörper festgelegt sind, kann das Zirkularfräswerkzeug, eine der Anzahl der Umfangsschneiden eines Umfangsschneidensatzes entsprechende Zahl von Spannuten aufweisen. Die Spannuten können im Werkzeuggrundkörper eingearbeitet sein oder sich durch eine beispielsweise wendelförmige Anordnung der
Umfangsschneiden ergeben, so dass ein Spanablauf gewährleistet wird, der verhindert, dass sich entstehende Späne zwischen dem Werkzeug und der Bohrung verklemmen können.
In funktionaler Hinsicht kann der Werkzeuggrundkörper in einen den wenigstens einen Umfangsschneidensatz tragenden Trägerabschnitt und einen axial an den Trägerabschnitt anschließenden Schaftabschnitt zum Verbinden des
Zirkularfräswerkzeugs mit einer Trenn- oder Schnittstelle eines Werkzeugmaschinensystems unterteilt sein, so dass das Zirkularfräswerkzeug in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise mit einem Werkzeugmaschinensystem eingesetzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Mikrorillenstruktur in einer Bohrung in einem insbesondere metallischen Werkstück, z.B. einer Zylinderbohrung in einem Verbrennungsmotor gelöst, wobei die Mikrorillenstruktur eine Mehrzahl von axial beabstandeten und kreisförmig umlaufenden Mikrorillen mit jeweils einem definierten Rillenprofil umfasst. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Bohrungsoberfläche durch eine 360°-Zirkulation eines erfindungsgemäßen drehangetriebenen Zirkularfräswerkzeugs um die Bohrungsachse dadurch
fertigbearbeitet, dass sich die in der Bohrungsoberfläche hinterlassenen Schnittspuren der Umfangsschneiden je Umfangsschneidensatz des Zirkularfräswerkzeugs in axialer Richtung so miteinander überlappen, dass sie das definierte Rillenprofil der
Mikrorillenstruktur abbilden.
Wenn der wenigstens eine Umfangsschneidensatz wenigstens eine erste
Umfangsschneide, wenigstens eine zweite Umfangsschneide und wenigstens eine dritten Umfangsschneide umfasst, kann mittels eines erfindungsgemäßen
Zirkularfräswerkzeugs in einem 360°-Umlauf eine zylindrische Werkstückoberfläche mit einer Mikrorillenstruktur, die ein Rillenprofil hat, das durch eine Mehrzahl axial beabstandeter, kreisförmig umlaufender Mikrorillen definiert ist und auf einem
vorgegebenen Durchmesser liegt, reproduzierbar fertigbearbeitet werden.
Mit anderen Worten ist das Zirkularfräswerkzeug so ausgebildet, dass
wenigstens eine erste Umfangsschneide in einer bearbeiteten zylindrischen
Werkstückoberfläche eine erste Schnittspur erzeugt, die als ein in Umfangsrichtung umlaufendes erstes Rillenprofil, das einem Teil des Endprofils entspricht, ausgebildet ist, und wenigstens eine zweite Umfangsschneide eine zweite Schnittspur erzeugt, die als ein in Umfangsrichtung umlaufendes zweites Rillenprofil, das einem Teil des
Endprofils entspricht, ausgebildet ist. Das erste und das zweite Rillenprofil, d.h. die erste und die zweite Schnittspur, sind dabei jeweils unterschiedlich zu dem Endprofil ausgebildet. Dabei ergänzen sich das erste und das zweite Rillenprofil zu dem Endprofil. Insbesondere ergänzen sich das erste und das zweite Rillenprofil so, dass sich das erste und zweite Rillenprofil zu einem Großteil, beispielsweise mehr als 50%, besonders bevorzugt mehr als 80%, überdecken. Der Umfangsschneidensatz kann auch wenigstens eine dritte Umfangsschneide aufweisen, die eine dritte Schnittspur in der Werkstückoberfläche erzeugt, wobei sich die erste, die zweite und die dritte
Schnittspur zu dem Endprofil ergänzen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Zirkularfräswerkzeugs,
Fig. 2 eine Frontansicht des Zirkularfräswerkzeugs,
Fign. 3 bis 6 Längsschnittansichten der Schneidenprofile der Umfangsschneiden des Zirkularfräswerkzeugs,
Fign. 7 bis 9 schematische Darstellungen von Schneidzähnen der Schneidenprofile im Eingriff in ein Endprofil,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des Zirkularfräswerkzeugs in einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fign. 1 1 bis 13 eine perspektivische Ansicht, eine Seitenansicht und eine
Frontansicht des Zirkularfräswerkzeugs in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, und
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines Schneidelements.
Im Folgenden werden mit Hilfe der Figuren bevorzugte Ausführungsformen eines erfmdungsgemäßen Zirkularfräswerkzeugs näher beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Das
Zirkularfräswerkzeug ist dafür konzipiert, in einer zylindrische Oberfläche einer Bohrung in einem insbesondere metallischen Werkstück, z.B. der Kolbenlauffläche einer
Zylinderbohrung oder einer Zylinderbuchse in einem Verbrennungsmotor, mechanisch aufzurauen, indem in der Oberfläche eine Mikrorillenstruktur erzeugt wird. Dabei hat die zu erzeugende Mikrorillenstruktur ein definiertes Rillenprofil, das durch eine Mehrzahl von in einem axialen Abstand voneinander angeordneten, kreisförmig umlaufenden Mikrorillen definiert ist, um eine gute Haftgrundlage für eine insbesondere durch thermisches Spritzen aufzutragende Oberflächenschicht zu erhalten. Das definierte Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur wird im Folgenden als Endprofil bezeichnet.
Ein erfindungsgemäßes Zirkularfräswerkzeug 1 hat einen um eine Längsmittel- bzw. Drehachse 2 drehantreibbaren Werkzeuggrundkörper 10, der funktional in einen Schaftabschnitt 1 1 und einen Trägerabschnitt 12 unterteilt werden kann. Der
Schaftabschnitt 11 kann mit einer Schnittstelle eines (nicht dargestellten)
Werkzeugmaschinensystems verbunden werden, um den Werkzeuggrundkörper 10 um die Drehachse 2 anzutreiben. Der Schaftabschnitt 11 weist in den dargestellten
Ausführungsformen einen Hohlschaftkegel (HSK) auf. Der Schaftabschnitt 1 1 kann aber auch beispielsweise einen Steilkegelschaft oder einen Zylinderschaft zum Verbinden des Zirkularfräswerkzeugs 1 mit dem Werkzeugmaschinensystem aufweisen.
In einer in Fig. 1 dargestellten, bevorzugten ersten Ausführungsform ist das Zirkularfräswerkzeug 1 modular aufgebaut. Der Trägerabschnitt 2 trägt eine Mehrzahl von in definierten axialen Abständen voneinander am Werkzeuggrundkörper 10 angeordneten, umfangsschneidenden Schneidwerkzeugen 20 bis 34, die in der dargestellten Ausführungsform durch jeweils einen Scheibenfräser gebildet sind. In der dargestellten Ausführungsform trägt der Trägerabschnitt 12 fünfzehn
Schneidwerkzeuge 20 bis 34, so dass ein Schneidteil 13, z.B. mit einer Länge von 154 mm, ausgebildet ist. Die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 haben jeweils den gleichen Nenndurchmesser, z.B. 70 mm, der kleiner als der Innendurchmesser der zu
bearbeitenden Bohrung ist. Eine stirnseitig in den Werkzeugrundkörper 10 geschraubte Spannschraube 14 spannt die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 gegen einen schaftseitigen am Werkzeuggrundkörper 10 ausgebildeten Axialanschlag. Die Spannschraube 14 ist als eine Kopfschraube ausgeführt, deren Kopf 15 gegen das vorderste Schneidwerkzeug 20 drückt.
Die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 weisen jeweils den gleichen Aufbau auf. Der Einfachheit halber wird deshalb im Folgenden der Aufbau des Schneidwerkzeugs 20 beschrieben, da der Aufbau der Schneidwerkzeuge 21 bis 34 analog dazu ist.
In Fig. 2 ist eine Frontansicht des Zirkularfräsers 1 dargestellt. Das
Schneidwerkzeug 20 weist einen scheibenförmigen Fräsergrundkörper 35 auf, der eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung in Reihe angeordneten Schneidelementen 36 trägt. Jedes Schneidelement 36 weist eine Umfangsschneide 37 auf, wobei die
Umfangsschneiden 37 der Schneidelemente 36 einen Umfangsschneidensatz des Schneidwerkzeugs 20 bilden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Schneidwerkzeug 20 acht Schneidelemente 36 auf. Somit besitzt der
Umfangsschneidensatz des Schneidwerkzeugs 20 acht Umfangsschneiden 37, die in der dargestellten Ausführungsform gleichverteilt über den Umfang des
Schneidwerkzeugs 20 angeordnet sind. Der Umfangsschneidensatz des
Schneidwerkzeugs 20 weist erste Umfangsschneiden 38, zweite Umfangsschneiden 39 und dritte Umfangsschneiden 40 auf, die jeweils ein Schneidenprofil haben, das von dem Endprofil verschieden ist, insbesondere einem Teil des Endprofils entspricht.
In der dargestellten Ausführungsform weist der Umfangsschneidensatz des Schneidwerkzeugs 20 zwei erste Umfangsschneiden 38, zwei zweite
Umfangsschneiden 39 und vier dritte Umfangsschneiden 40 auf. In Fig. 2 ist zu erkennen, dass die ersten Umfangsschneiden 38 gegenüberliegend, d.h. in
Umfangsrichtung um 180° versetzt, angeordnet sind. Die zweiten Umfangsschneiden 39 sind gegenüberliegend, d.h. in Umfangsrichtung um 180° versetzt, und zwischen den ersten Umfangsschneiden 38, d.h. in Umfangsrichtung um 90° zu den ersten Umfangsschneiden 38 versetzt, angeordnet. Die ersten Umfangsschneiden 38 und die zweiten Umfangsschneiden 39 sind also in Umfangsrichtung regelmäßig abwechselnd angeordnet. Die dritten Umfangsschneiden 40 sind in Umfangsrichtung zueinander jeweils um 90° versetzt angeordnet und zwischen jeweils einer ersten
Umfangsschneide 38 und einer zweiten Umfangsschneide 39, d.h. in Umfangsrichtung um 45° zu jeweils einer ersten Umfangsschneide 38 und einer zweiten Umfangsschneide 39 versetzt, angeordnet. Es ergibt sich also folgende Anordnung der in Umfangsrichtung in Reihe angeordneten Umfangsschneiden 37: erste
Umfangsschneide 38, dritte Umfangsschneide 40, zweite Umfangsschneide 39, dritte Umfangsschneide 40, erste Umfangsschneide 38, dritte Umfangsschneide 40, zweite Umfangsschneide 39, dritte Umfangsschneide 40.
Die ersten Umfangsschneiden 38, die zweiten Umfangsschneiden 39 und die dritten Umfangsschneiden 40 haben jeweils ein Schneidenprofil, das sowohl von dem Endprofil als auch von den Schneidenprofilen der jeweils anderen Umfangsschneiden 38, 39, 40 verschieden ist. Die Schneidenprofile der ersten Umfangsschneiden 38, zweiten Umfangsschneiden 39 und dritten Umfangsschneiden 40 hinterlassen daher unterschiedliche Schnittspuren in einer bearbeiteten Bohrungsoberfläche. Die
Schneidenprofile der ersten Umfangsschneiden 38, der zweiten Umfangsschneiden 39 und der dritten Umfangsschneiden 40 greifen in die zu bearbeitende
Bohrungsoberfläche also so ein, dass sie jeweils nur einen Teil des Endprofils, d.h. ein Teilprofil, erzeugen, gemeinsam aber das vollständige Endprofil ergeben. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Schneidenprofile der ersten Umfangsschneiden 38, der zweiten Umfangsschneiden 39 und die dritten Umfangsschneiden 40 in
Umfangsrichtung projiziert erfindungsgemäß in der Weise bzw. so weit in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung überlappen, dass sie gemeinsam das Endprofil abbilden.
Das Zirkularfräswerkzeug 1 arbeitet demnach wie folgt: Wird das
Zirkularfräswerkzeug 1 in Drehrichtung angetrieben, schneiden die ersten, zweiten und dritten Umfangsschneiden 38, 39, 40 nacheinander in die zu bearbeitende Bohrung. So nimmt jede der ersten, zweiten und dritten Umfangsschneiden 38, 39, 40 Material ab, um einen Teil des Endprofils abzubilden. Mit anderen Worten schneiden die ersten Umfangsschneiden 38 eine erste Schnittspur, die ein Teil des Endprofils, d.h. ein Teilprofil, ist und dem Schneidenprofil der ersten Umfangsschneiden 38 entspricht, in die Bohrungsoberfläche ein. Dabei ist die Profilfläche der ersten Schnittspur kleiner als die Profilfläche des Endprofils, beispielsweise weist die erste Schnittspur ein Rillenprofil mit einer geringeren Rillenbreite auf. Dreht sich das Zirkularfräswerkzeug 1 weiter um seine Drehachse 2, schneiden die dritten Umfangsschneiden 40 eine dritte Schnittspur, die ein Teilprofii des Endprofils ist und dem Schneidenprofil der dritten
Umfangsschneiden 40 entspricht, in die Bohrungsoberfläche ein. Dabei ist die dritte Schnittspur unterschiedlich zu dem Endprofil, beispielsweise liegt die dritte Schnittspur auf einem kleineren Durchmesser um die Bohrungsachse als die erste Schnittspur. Dreht sich das Zirkularfräswerkzeug 1 weiter um seine Drehachse 2, schneiden die zweiten Umfangsschneiden 39 eine zweite Schnittspur, die ein Teil des Endprofils ist und der Form des Schneidenprofils der zweiten Umfangsschneiden 39 entspricht, in die Bohrungsoberfläche ein. Analog zu der ersten Schnittspur ist auch die Profilfläche der zweiten Schnittspur kleiner als die Profilfläche des Endprofils, beispielsweise weist die zweite Schnittspur ein Rillenprofil mit einer geringeren Rillenbreite als das Endprofil auf, weicht aber von der ersten Schnittspur ab, beispielsweise weist die zweite Schnittspur ein Rillenprofil mit der gleichen Rillenbreite wie die erste Schnittspur auf, ist aber axial versetzt. In der bevorzugten Ausführungsform überlappen sich die erste und die zweite Schnittspur in der Axialrichtung zu einem Großteil, beispielsweise mit mehr als 80%, der jeweiligen Rillenbreite.
Fig. 3 zeigt ein Schneidelement 36, das eine der ersten Umfangsschneiden 38 bildet. Das Schneidenprofil der ersten Umfangsschneide 38 weist eine Vielzahl von Schneidzähnen 38a auf, die in gleichen axialen Zahnabständen voneinander
angeordnet sind und jeweils die gleiche Zahnbreite und Zahnhöhe aufweisen. Die Schneidzähne 38a weisen also eine konstante axiale Teilung auf. Die Schneidzähne 38a der ersten Umfangsschneide 38 haben in der dargestellten Ausführungsform jeweils ein Rechteckprofil. Die Zahnbreite B38a bemisst sich durch den Abstand zwischen einer (in der axialen Zustellrichtung des Zirkularfräswerkzeugs) vorderen Zahnflanke 38b und einer (in der axialen Zustellrichtung des Zirkularfräswerkzeugs) hinteren Zahnflanke 38c eines Schneidzahns 38a. Die Zahnhöhe H38a bemisst sich durch den Abstand zwischen einem Zahngrund 38d und einer Zahnspitze 38e. Jeder Zahngrund 38d der Schneidzähne 38a liegt auf einem konstanten
Zahngrunddurchmesser D38d. Jede Zahnspitze 38e der Schneidzähne 38a liegt auf einem konstanten Zahnspitzendurchmesser D38e, der auch den Durchmesser D38 der ersten Umfangsschneide 38 bildet. Der axiale Zahnabstand A38a bemisst sich durch den Abstand zwischen einer hinteren Zahnflanke 38c eines Schneidzahns 38a und einer vorderen Zahnflanke 38b eines dazu benachbarten, in der axialen Zustellrichtung des Zirkularfräswerks 1 dahinter angeordneten Schneidzahns 38a. Die axiale Teilung T38a, mit der die Schneidzähne 38a angeordnet sind, bemisst sich durch den Abstand zwischen den vorderen Zahnflanken 38b jeweils zweier in Axialrichtung benachbarter Schneidzähne 38a. Die axiale Teilung T38a entspricht also der Summe des axialen Zahnabstands A38a und der Zahnbreite B38a. Jede erste Umfangsschneide 38 hat eine Gesamtbreite B38.
Fign. 4a und 4b zeigen zwei Varianten eines Schneidelements 36, das eine der zweiten Umfangsschneiden 39 ausbildet. Das Schneidenprofil jeder zweiten
Umfangsschneide 39 weist eine Vielzahl von Schneidzähnen 39a auf, die in gleichen axialen Zahnabständen voneinander angeordnet sind und jeweils die gleiche Zahnbreite und Zahnhöhe aufweisen. Die Schneidzähne 39a weisen also eine konstante axiale Teilung auf. Die Schneidzähne 39a der zweiten Umfangsschneiden 39 haben in der dargestellten Ausführungsform jeweils ein Rechteckprofil. Die Zahnbreite B39a bemisst sich durch den Abstand zwischen einer (in Zustellrichtung des Zirkularfräswerkzeugs) vorderen Zahnflanke 39b und einer (in Zustellrichtung des Zirkularfräswerkzeugs) hinteren Zahnflanke 39c eines Schneidzahns 39a. Die Zahnhöhe H39a bemisst sich durch den Abstand zwischen einem Zahngrund 39d und einer Zahnspitze 39e. Jeder Zahngrund 39d der Schneidzähne 39a liegt auf einem konstanten
Zahngrunddurchmesser D39d. Jede Zahnspitze 39e der Schneidzähne 39a liegt auf einem konstanten Zahnspitzendurchmesser D39e, der auch den Durchmesser D39 der zweiten Umfangsschneide 39 bildet. Der axiale Zahnabstand A39a bemisst sich durch den Abstand zwischen einer hinteren Zahnflanke 39c eines Schneidzahns 39a und einer vorderen Zahnflanke 39b eines dazu benachbarten, in der axialen Zustellrichtung des Zirkularfräswerks 1 dahinter angeordneten Schneidzahns 39a. Die axiale Teilung T 39a, mit der die Schneidzähnen 39a angeordnet sind, bemisst sich durch den Abstand zwischen den vorderen Zahnflanken 39b von jeweils zwei in Axialrichtung benachbarten Schneidzähnen 39a. Die axiale Teilung T39a entspricht also der Summe des axialen Zahnabstands A39a und der Zahnbreite B39a. Jede zweite Umfangsschneide 39 hat eine Gesamtbreite B39. Das Schneidenprofil einer ersten Umfangsschneide 38 (vergleiche Fig. 3) entspricht in der dargestellten Ausführungsform dem Schneidenprofil einer zweiten Umfangsschneide 39 (vergleiche Fign. 4a und 4b) hinsichtlich der axialen Teilung der Schneidzähne 38a bzw. 39a (T38a=T39a), des axialen Zahnabstands der Schneidzähne 38a bzw. 39a (A38a=A39a), der Zahnbreite der Schneidzähne 38a bzw. 39a (B38a=B39a), der Zahnhöhe der Schneidzähne 38a bzw. 39a (Fl38a=H39a), des
Zahngrunddurchmessers (D38d=D39d), des Zahnspitzendurchmesser (D38e=D39e), des Durchmessers der Umfangsschneiden 38 bzw. 39 (D38=D39) sowie der Gesamtbreite der Umfangsschneide 38 bzw. 39(B38=B39). Das Schneidenprofil einer in Fig. 4a dargestellten Umfangsschneide 39 unterscheidet sich von dem Schneidenprofil einer in Fig. 3 dargestellten Umfangsschneide 38 darin, dass die Schneidzähne 39a um einen Versatz V axial gegenüber den Schneidzähnen 38a versetzt angeordnet sind, aber die zweite Umfangsschneide 39 axial auf der gleichen Höhe wie die erste
Umfangsschneide 38 angeordnet ist. Das Schneidenprofil einer in Fig. 4b dargestellten Umfangsschneide 39 weist das gleiche Schneidenprofil wie eine in Fig. 3 dargestellte Umfangsschneide 38 auf, aber die in Fig. 4b dargestellte zweite Umfangsschneide 39 ist um den Versatz V axial gegenüber der erste Umfangsschneide 38 versetzt angeordnet. Zum besseren Verständnis ist der Versatz V in den dargestellten
Ausführungsformen nicht maßstäblich, sondern vergrößert dargestellt.
Zur Erzeugung eines unterschiedlichen Rillenprofils in einer Bohrungsoberfläche sind nun die in Fign. 4a und 4b gezeigten Varianten möglich: (1 ) die Umfangsschneiden 38 und 39 sind in axialer Richtung auf gleicher Höhe angeordnet, während die
Schneidzähne 38a der Umfangsschneide 39 gegen die Schneidzähne 38a der
Umfangsschneide 38 um den Versatz V axial versetzt sind, wie es in Fig. 4a gezeigt ist; oder (2) die gleich ausgebildeten zweiten Umfangsschneiden 38 und 39 sind axial gegeneinander um den Versatz V versetzt, wie es in Fig. 4b gezeigt ist.
Fig. 5 zeigt ein Schneidelement 36, das eine der dritten Umfangsschneiden 40 ausbildet. Das Schneidenprofil jeder dritten Umfangsschneide 40 ist einzahnig ausgebildet. Der eine Schneidzahn 40a jeder dritten Umfangsschneide 40 hat in der dargestellten Ausführungsform ein Wellenprofil, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die dritte Umfangsschneide 40 hat eine Gesamtbreite B40. Das Schneidenprofil der dritten Umfangsschneide 40 ist ausgelegt, um die Stege S zwischen den Rillen des Endprofils einer bearbeiteten Bohrungsoberfläche auf einen vorgegebenen Durchmesser DR hin zu bearbeiten. Die dritten Umfangsschneiden 40 liegen daher auf einem geringeren Durchmesser D4o als die ersten Umfangsschneiden 38 (D38>D4o) und die zweiten Umfangsschneiden 39 (D39>D4o). Die Durchmesser D4o der dritten Umfangsschneiden 40 ist aber größer als der Zahngrunddurchmesser D38d der ersten Umfangsschneiden
38 (D38d<D40) und als der Zahngrunddurchmesser Ü39d der zweiten Umfangsschneiden
39 (D39d<D40).
Fig. 6 zeigt das Endprofil, das aus einer Überlagerung der in einer bearbeiteten Bohrungsoberfläche hinterlassenen Schnittspuren bzw. Teilprofile der
Umfangsschneiden 38, 39 und 40 eines Umfangsschneidensatzes resultiert. Das Endprofil weist eine Vielzahl von Mikrorillen, die jeweils die gleiche Rillenbreite BR und Rillentiefe HR aufweisen. Zwischen benachbarten Mikrorillen sind die Stege S angeordnet, die jeweils die gleiche Stegbreite Bs aufweisen. Dadurch weisen die Mikrorillen eine konstante axiale Teilung TR auf. Die Rillenbreite BR bemisst sich durch den Abstand zwischen einer vorderen Rillenflanke VRF und einer hinteren Rillenflanke HRF einer Mikrorille. Die Rillentiefe HR bemisst sich durch den Abstand zwischen einem Rillengrund RG und einer Stegspitze SS. Die Stegbreite Bs bemisst sich durch den Abstand zwischen einer hinteren Rillenflanke HRF einer Mikrorille und einer vorderen Rillenflanke VRF einer dazu benachbarten, in der axialen Zustellrichtung des
Zirkularfräswerkzeugs dahinter angeordneten Mikrorille. Die axiale Teilung TR, mit der die Mikrorillen angeordnet sind, bemisst sich durch den Abstand zwischen den vorderen Rillenflanken VRF jeweils zweier in Axialrichtung benachbarter Mikrorillen. Die
Stegspitzen SS liegen auf einem Durchmesser, der den Innendurchmesser DR der Mikrorillen bildet. Die Mikrorillen des Endprofils haben eine Rillenbreite BR und eine Rillentiefe HR. Die Rillenbreite BR ist größer als die Zahnbreite B38a bzw. B39a (BR>B383, BR>B39a), die Rillentiefe HR ist kleiner als die Zahnhöhe H38a bzw. H39a (H <H38a, HR<H39a), die axiale Teilung TR entspricht der axialen Teilung T38 bzw. T39 (TR=T38, TR=T39) und der Durchmesser DR des Endprofils ist kleiner als der Durchmesser D38 bzw. D39 (DR<D38, DR<D39), gleich dem Durchmesser D40 (DR=D40) und größer als der Zahngrunddurchmesser D3ed bzw. Ü39d (D >D38d, ÜR>D39d). Fign. 7 bis 9 zeigen schematisch einen Ausschnitt des Endprofils der
bearbeiteten Bohrungsoberfläche und den Eingriff der ersten, zweiten bzw. dritten Umfangsschneiden 38, 39, 40 in das Endprofil. Die erste Umfangsschneide 38 bearbeitet mit ihren hinteren Zahnflanken 38c der Schneidzähne 38a die hinteren Rillenflanken HRF des Endprofils, während die zweite Umfangsschneide 39 mit ihren vorderen Zahnflanken 39b der Schneidzähne 39a die vorderen Rillenflanken VRF des Endprofils bearbeiten. Der Rillengrund RG des Endprofils wird von den Zahnspitzen 38d, 39d der ersten bzw. zweiten Umfangsschneide 38, 39 bearbeitet. Die dritte Umfangsschneide 40 bearbeitet die Stege S und dadurch den Durchmesser DR des Endprofils.
Fign. 7 und 8 zeigen, dass, wie bereits erwähnt, die Zahnbreiten B38a, B39a der Schneidzähne 38a, 39a der ersten und der zweiten Umfangsschneiden 38, 39 geringer als die Rillenbreite BR zwischen der vorderen Rillenflanke VRF und der hinteren Rillenflanke HRF ist. Fig. 9 zeigt, dass, wie bereits erwähnt, die Stege S zwischen den Mikrorillen des Endprofils durch die dritten Umfangsschneiden 40 auf den Durchmesser DR gebracht werden. Somit wird die Zerspanungslast zum Erzeugen des Endprofils auf die ersten, zweiten und dritten Umfangsscheiden 38, 39, 40 verteilt, die jeweils nur einen Teil des Endprofils erzeugen.
Fig. 10 zeigt die erste bevorzugte Ausführungsform des Zirkularfräswerkzeugs 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 sind
kraftschlüssig am Werkzeuggrundkörper 10 festgelegt. Die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 nehmen nach dem Vorbild des in der DE 10 2016 216 464 A1 angegebenen
Zirkularfräswerkzeugs mit ihrer jeweiligen Mittenausnehmung den zapfenartigen Trägerabschnitt 12 auf. Die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 sind in Umfangsrichtung mittels eines Mitnehmers, wie z.B. einer Passfeder, gegenüber dem
Werkzeuggrundkörper 10 drehfest festgelegt. Die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 sind gegeneinander verdreht angeordnet, so dass die ersten, zweiten und dritten
Umfangsschneiden 38, 39, 40 jeweils entlang von Schraubenlinien oder Wendeln verlaufen. Das heißt also, dass jeweils zwei axial unmittelbar aufeinanderfolgende Umfangsschneidensätze gegeneinander um einen vorgegebenen Winkel verdreht sind. Die ersten Umfangsschneiden 38 bzw. zweiten Umfangsschneiden 39 bzw. dritten Umfangsschneiden 40 zweier axial aufeinander folgend angeordneter Schneidwerkzeuge sind in Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung hintereinander angeordnet, so dass sie zeitlich versetzt in die zu bearbeitende zylindrische Oberfläche schneiden. Dadurch sind wendelförmige Spannuten 16 geschaffen, deren Anzahl der Anzahl an Umfangsschneiden 37 je Umfangsschneidensatz entspricht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind acht Spannuten 16 ausgebildet. Insgesamt betrachtet ist der Schneidteil 13 des Zirkularfräswerkzeugs 1 wendelgenutet ausgeführt. Die Umfangsschneiden 37 jeweils zweier axial unmittelbar aufeinanderfolgender Umfangsschneidensätze überlappen einander in axialer Richtung. Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform sind die Umfangsschneiden 37 jeweils indirekt über die Schneidwerkzeuge 20 bis 34 an dem Werkzeuggrundkörper 10 angebracht.
Fign. 1 1 bis 13 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform des
erfmdungsgemäßen Zirkularfräswerkzeugs 1. Die zweite bevorzugte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten bevorzugten Ausführungsform. Deshalb werden im Folgenden lediglich die Unterschiede dazu beschrieben. Die Umfangsschneiden 37 sind jeweils an einem Schneidelement 50 ausgebildet und die Schneidelemente 50 sind einzeln an einem Trägerabschnitt 12 des Werkzeuggrundkörpers 10 angebracht. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform sind die Umfangsschneiden 37 nicht mittelbar über jeweils ein Schneidwerkzeug 20 bis 34, sondern unmittelbar an dem Werkzeuggrundkörper 10 festgelegt. Jedes Schneidelement 50 ist dazu in einer taschenartigen Ausnehmung am Trägerabschnitt 12 des Werkzeuggrundkörpers 10 angeordnet und mit dem Trägerabschnitt 12 verschraubt. Mehrere axial auf derselben Höhe angeordnete, gleichmäßig über den Umfang verteilte Schneidelemente 50 bilden einen Umfangsschneidensatz. Der Umfangsschneidensatz weist oben beschriebene erste Umfangsschneiden 38 und oben beschriebene zweite Umfangsschneiden 39 auf. Der Umfangsschneidensatz kann auch oben beschriebene dritte Umfangsschneiden 40 aufweisen.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, sind die Schneidelemente 50 zweiteilig ausgebildet und weisen einen Trägerkörper 50a und den daran, z.B. Verlötung oder Klebung, befestigten Schneidkörper 50b auf. Der Schneidkörper 50b kann beispielsweise aus PKD, CBN oder einem vergleichbaren harten Werkstoff hergestellt sein, während der Trägerkörper 50a beispielsweise aus Vollhartmetall, Stahl oder dergleichen hergestellt sein kann.

Claims

Ansprüche
1. Zirkularfräswerkzeug (1 ) zum Erzeugen einer Mikrorillenstruktur in der zylindrischen Oberfläche einer Bohrung in einem insbesondere metallischen Werkstück, z.B. einer Zylinderbohrung in einem Verbrennungsmotor, wobei die Mikrorillenstruktur ein Rillenprofil hat, das durch eine Mehrzahl axial beabstandeter, kreisförmig
umlaufender Mikrorillen definiert ist, mit:
einem um eine Drehachse antreibbaren Werkzeuggrundkörper (10), der einen Umfangsschneidensatz mit einer ersten Umfangsschneide (38) und einer zweiten Umfangsschneide (39) trägt, die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Umfangsschneide (38) und die zweite Umfangsschneide (39) jeweils ein Schneidenprofil haben, das von dem definierten Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur verschieden ist, und
die in Umfangsrichtung projizierten Schneidenprofile der Umfangsschneiden (38, 39) des Umfangsschneidensatzes einander in axialer Richtung soweit überlappen, dass sie gemeinsam das definierte Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrorillenstruktur abbilden.
2. Zirkularfräswerkzeug (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umfangsschneide (38) und die zweite Umfangsschneide (39) jeweils ein in axialer Richtung eine Mehrzahl an Schneidzähnen (38a, 39a) aufweisendes Schneidenprofil haben.
3. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidzähne (38a, 39a) der ersten Umfangsschneide (38) und/oder der zweiten Umfangsschneide (39) jeweils ein rechteckiges Zahnprofil haben.
4. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidzähne (38a, 39a) der ersten Umfangsschneide (38) und/oder der zweiten Umfangsschneide (39) in gleich großen Axialabständen angeordnet sind.
5. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidzähne (38a, 39a) der ersten Umfangsschneide (38) und/oder der zweiten Umfangsschneide (39) gleich große Zahnbreiten (B38a, B39a) haben.
6. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umfangsschneide (38) und die zweite
Umfangsschneide (39) auf einem gleichen Durchmesser (D38, D39) liegen.
7. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere, im Besonderen zwei, erste Umfangsschneiden (38) und mehrere, im Besonderen zwei, zweite Umfangsschneiden (39), die in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
8. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsschneidensatz eine dritte Umfangsschneide (40) umfasst, die ein von dem Schneidenprofil der ersten Umfangsschneide (38) und/oder der zweiten Umfangsschneide (39) und/oder von dem definierten Rillenprofil der zu erzeugenden Mikrostruktur verschiedenes Schneidenprofil hat.
9. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Umfangsschneide (40) zwischen der ersten Umfangsschneide (38) und der zweiten Umfangsschneide (39) angeordnet ist.
10. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Umfangsschneide (40) auf einem kleineren Durchmesser (D4o) als die erste Umfangsschneide (38) und/oder die zweite Umfangsschneide (39) liegt.
1 1. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Umfangsschneide (40) ein einzahniges Schneidenprofil hat.
12. Zirkularfräswerkzeug (1) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidzahn (40a) des einzahnigen Schneidenprofils der dritten Umfangsschneide (40) eine axiale Zahnbreite (B4o) hat, die im Wesentlichen so groß ist wie eine
Schneidenbreite (B38, B39) der ersten Umfangsschneide (38) und/oder der zweiten Umfangsschneide (39).
13. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Umfangsschneide (40) ein wellenförmiges
Schneidenprofil hat.
14. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch mehrere, im Besonderen vier, dritte Umfangsschneiden (40), die jeweils zwischen einer der mehreren ersten Umfangsschneiden (38) und einer der mehreren zweiten Umfangsschneiden (39) angeordnet sind.
15. Zirkularfräswerkzeug (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsschneidensatz eine größere Anzahl an dritten Umfangsschneiden (40) als an ersten Umfangsschneiden (38) und/oder an zweiten Umfangsschneiden (39) aufweist.
16. Zirkularfräswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl axial gestaffelt angeordneter Umfangsschneidensätze.
17. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei axial unmittelbar aufeinanderfolgende Umfangsschneidensätze
gegeneinander um einen vorgegebenen Winkel um die Drehachse verdreht sind.
18. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei axial unmittelbar aufeinanderfolgende Umfangsschneidensätze einander in axialer Richtung überlappen.
19. Zirkularfräswerkzeug (1) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsschneiden (37) jeweils an einem am Werkzeuggrundkörper mittelbar oder unmittelbar festgelegten Schneidelement (36, 50) ausgebildet sind.
20. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidelemente (36) an einem vom Werkzeuggrundkörper (10) getragenen Scheibenfräser (20 bis 34) festgelegt sind.
21. Zirkularfräswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine der Anzahl der Umfangsschneiden (37) des Umfangsschneidensatzes entsprechende Zahl von Spannuten (16).
22. Zirkularfräswerkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeuggrundkörper (10) einen den Umfangsschneidensatz tragenden Trägerabschnitt (12) und einen axial an den Trägerabschnitt (12)
anschließenden Schaftabschnitt (11 ) zum Verbinden des Zirkularfräswerkzeugs (1) mit einer Trenn- oder Schnittstelle eines Werkzeugmaschinensystems aufweist.
23. Verfahren zum Erzeugen einer Mikrorillenstruktur in einer Bohrung in einem insbesondere metallischen Werkstück, z.B. einer Zylinderbohrung in einem
Verbrennungsmotor, die eine Mehrzahl von axial beabstandeten und kreisförmig umlaufenden Mikrorillen mit jeweils einem definierten Rillenprofil umfasst, mittels eines um die Bohrungsachse zirkulierenden drehangetriebenen Zirkularfräswerkzeugs (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass
die Bohrungsoberfläche durch eine 360°-Zirkulation eines drehangetriebenen Zirkularfräswerkzeugs (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 dadurch fertigbearbeitet wird, dass sich die in der Bohrungsoberfläche hinterlassenen Schnittspuren der
Umfangsschneiden (37) je Umfangsschneidensatz des Zirkularfräswerkzeugs (1 ) in axialer Richtung so miteinander überlappen, dass sie das definierte Rillenprofil der Mikrorillenstruktur abbilden.
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