EP4161723A1 - Werkzeugmaschine und verfahren zum betreiben einer werkzeugmaschine - Google Patents

Werkzeugmaschine und verfahren zum betreiben einer werkzeugmaschine

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Publication number
EP4161723A1
EP4161723A1 EP21731961.5A EP21731961A EP4161723A1 EP 4161723 A1 EP4161723 A1 EP 4161723A1 EP 21731961 A EP21731961 A EP 21731961A EP 4161723 A1 EP4161723 A1 EP 4161723A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
tool
recess structure
rotating tool
spindle axis
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
EP21731961.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Sellmeier
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.)
Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky
Original Assignee
Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky
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 Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky filed Critical Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky
Publication of EP4161723A1 publication Critical patent/EP4161723A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23G—THREAD CUTTING; WORKING OF SCREWS, BOLT HEADS, OR NUTS, IN CONJUNCTION THEREWITH
    • B23G1/00—Thread cutting; Automatic machines specially designed therefor
    • B23G1/32—Thread cutting; Automatic machines specially designed therefor by milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B5/00—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B5/36—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes
    • B23B5/46—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes for turning helical or spiral surfaces
    • B23B5/48—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes for turning helical or spiral surfaces for cutting grooves, e.g. oil grooves of helicoidal shape
    • 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
    • B23C3/32—Milling helical grooves, e.g. in making twist-drills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23G—THREAD CUTTING; WORKING OF SCREWS, BOLT HEADS, OR NUTS, IN CONJUNCTION THEREWITH
    • B23G2210/00—Details of threads produced
    • B23G2210/08—External threads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23G—THREAD CUTTING; WORKING OF SCREWS, BOLT HEADS, OR NUTS, IN CONJUNCTION THEREWITH
    • B23G2210/00—Details of threads produced
    • B23G2210/16—Multiple start threads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23G—THREAD CUTTING; WORKING OF SCREWS, BOLT HEADS, OR NUTS, IN CONJUNCTION THEREWITH
    • B23G2210/00—Details of threads produced
    • B23G2210/48—Threads having a special form or profile not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a machine tool comprising a machine frame, a workpiece spindle unit arranged on the machine frame with a workpiece spindle driven by a spindle drive around the spindle axis, in which a workpiece is received rotatably about the spindle axis, and at least one tool spindle unit arranged on the machine frame with a by means of a Tool drive around the tool spindle axis rotating driven tool, the work piece spindle unit and the tool spindle unit controlled by a machine control and are movable relative to each other at least in the direction of a Z-axis.
  • the invention is based on the object of producing indentation structures that are variable in terms of shape and course in the workpiece in the most efficient manner possible.
  • This object is achieved according to the invention in a machine tool of the type described at the outset in that, in order to produce at least one contiguous recess structure running around the workpiece spindle axis with a first profile component on the workpiece, the rotating tool has at least one radially external and radially external effective around the tool spindle axis Has cutting edge.
  • the advantage of the solution according to the invention can be seen in the fact that it can advantageously be used to create a recess structure running around the workpiece spindle axis and in the Z direction on the workpiece, which can be designed variably in terms of its cross-sectional shape and course.
  • the above-described basic principle of the solution according to the invention provides, in particular, circumferential speeds of the workpiece, such as are selected for conventional turning or machining of the material of the workpiece.
  • the peripheral speeds of the workpiece are preferably in the range of greater than 20 meters / minute, for example in the case of steel in the range from 100 to 200 m / minute or in the case of aluminum in the range from 300 to 400 m / minute.
  • a particularly advantageous solution provides that, in order to produce the recess structure in such a way that it extends with a second profile component in the direction of the workpiece spindle axis, there is a relative movement between the workpiece and the tool in the Z direction, so that at least one helix is similar in the Workpiece can produce continuous, coherent recess structure.
  • the tool spindle axis of the rotating tool is preferably aligned skew to the workpiece spindle axis.
  • the basic cutting engagement path is the area of a cutting edge trajectory which, during a cutting engagement in the workpiece, runs within a circumferential surface of the workpiece with maximum penetration into the workpiece.
  • the recess structure with a recess base with the lowest possible roughness can be produced in an advantageous manner.
  • Particularly low roughness of the recess base can be produced when the concave curvature of the cutting engagement base path has a radius of curvature that is a maximum of 10 times, in particular a maximum of 5 times, preferably a maximum of 3 times a radius of curvature of a recess base of the recess structure.
  • Such a curvature of the basic cutting engagement path can also be achieved in the production of a coherent recess structure, in particular, that the rotational speed of the workpiece is in the range of 0.8 to 1.2 times, in particular in the range of 0.9 to 1, 1 times, preferably in the range from 0.95 times to 1.05 times, even more preferably in the range from 0.97 times to 1.03 times an integral multiple of the speed of the rotating tool multiplied by the number of cutting edges of the rotating tool.
  • curvature of the basic cutting engagement path can also be achieved in particular by multiplying the rotational speed of the workpiece approximately the rotational speed of the rotating tool by the number of cutting edges of the rotating tool and divided by the number of several deepening structures.
  • such a curved course of the cutting engagement base path can also be achieved by setting the rotational speed of the workpiece in the range of 0.8 to 1.2 times, in particular in the range of 0 , 9 times to 1.1 times, preferably in the range of 0.95 times to 1.05 times, even more preferably in the range of 0.97 times to 1.03 times an integral multiple of the speed of the rotating tool multiplied by the number of cutting edges of the rotating tool and divided by the number of several recess structures.
  • such a curvature of the basic cutting engagement path can advantageously be produced by having a diameter of a cutting edge trajectory of the rotating tool in the range from 60 times to 0.1 times, in particular in the range from 30 times to 0.1 times a diameter of the to reaching the deepening ground.
  • an advantageous solution provides that a speed of the workpiece is slightly higher or lower than an integral multiple of the speed of the tool multiplied by the number of its cutting edges.
  • Such a slight deviation in the rotational speed of the workpiece is preferably a maximum of 10%, preferably less than 5%, even better less than 1%.
  • a subsequent cutting operation is offset by an angle relative to the workpiece spindle axis with respect to the workpiece spindle axis, so that the recess structure is generated by successive cutting operations which each have an angular offset relative to one another and as a result a coherent recess structure, which in particular extends around the workpiece, can be formed.
  • the offset of the cutting engagements relative to one another is so small that at least 10, better at least 30, in particular at least 50 and preferably at least 100 in order to create a coherent recess base when wrapping around the workpiece by 360 ° Cutting operations are provided.
  • peripheral surface of the workpiece and the cutting edge that engages in this when generating the recess structure it is possible for the peripheral surface of the workpiece and the cutting edge that engages in this when generating the recess structure to move in the same direction.
  • An advantageous solution provides that a circumferential surface of the workpiece and the cutting edge engaging in this when creating the recess structure move in opposite directions in order to obtain the greatest possible relative movement when performing the cutting operation and thus the highest possible cutting speed.
  • the rotating tool has several tool cutting edges.
  • Such a rotating tool with a plurality of tool cutting edges can either be used to produce multiple recess structures in the workpiece or to machine the same recess structure in addition to the first cutting edge.
  • the tool cutting edges can be used on the rotating tool in the most varied of ways.
  • a cutting trajectory of the at least one tool cutting edge of the rotating tool lies in a plane that is in the area relative to a central plane of the recess structure defined by a mean slope with respect to the workpiece spindle axis of the cutting engagement for generating the recess structure wrapping the workpiece is oriented at an acute angle, i.e. the alignment of the plane of the cutting edge trajectory of the rotating tool does not coincide with the center plane in the area of the cutting engagement for generating the recess structure wrapping the workpiece.
  • one embodiment of the machine tool according to the invention provides that, in order to generate the recess structure, the rotating tool is oriented around an axis parallel to the infeed direction relative to the Z axis coinciding with the workpiece spindle axis and, by means of the machine control, a relative movement between the at least in the direction of the Z axis Workpiece and the tool as well as an infeed movement in the direction of the infeed axis takes place.
  • the rotating tool can be aligned around the axis parallel to the infeed direction by a manually adjustable alignment device, for example on a tool holder, or by a drive that is in particular position-regulated and controlled by the machine controller.
  • the above relative movements can be carried out in a position-regulated manner with the machine control according to the invention.
  • axes for example a Y-axis or a B-axis, can also be used to correct the alignment of the rotating tool relative to the workpiece, in particular also in a position-controlled manner.
  • the solution according to the invention relates not only to the machining of a workpiece with a single rotating tool.
  • An advantageous solution in particular improved in terms of efficiency, provides that a first rotating tool and a second rotating tool act on the workpiece to produce at least one interconnected recess structure.
  • the first and second rotating tools can be used in different ways.
  • One advantageous possibility provides that the first rotating tool generates a sub-area of a recess structure and the second rotating tool generates another sub-area of the same recess structure.
  • first rotating tool carries out pre-machining and the second rotating tool carries out post-machining of the same recess structure.
  • the first rotating tool generates a first side area viewed in the direction of the workpiece spindle axis and the second rotating tool generates a second side area of the same recess structure lying next to the first side in the direction of the workpiece spindle axis.
  • a further advantageous solution provides that the first rotating tool is used to produce a first coherent recess structure and the second rotating tool is used to produce a second contiguous recess structure offset in the direction of the workpiece spindle axis relative to the first recess structure acts on the workpiece.
  • the invention relates to a method for operating a machine tool, comprising a workpiece spindle unit with a workpiece spindle driven by a spindle drive about a spindle axis, in which a workpiece is rotatably received about the spindle axis and at least one tool spindle unit with a tool drive about a tool spindle axis rotating tool, the workpiece spindle unit and the tool spindle unit being driven in a controlled manner by means of a machine control and being moved relative to one another in the direction of a Z-axis.
  • the invention provides that for producing at least one contiguous indentation structure running circumferentially around the workpiece spindle axis with a first course component on the workpiece, the rotating tool has around the tool spindle axis revolving and a radially outer and radially outer effective cutting edge.
  • a particularly advantageous method provides that, in order to produce the recess structure in such a way that it extends with a second profile component in the direction of the workpiece spindle axis, a relative movement is carried out between the workpiece and the tool in the Z direction, so that at least one is helically running in the workpiece recess structure is formed.
  • the tool spindle axis of the rotating tool is preferably aligned skew to the workpiece spindle axis.
  • the speed of the rotating tool and the speed of the workpiece are selected during the production of the recess structure so that the at least one cutting edge performs cutting operations in the workpiece that create a cutting engagement path that runs around the workpiece spindle axis and in the direction of the Workpiece spindle axis runs concavely curved.
  • the concave curvature of the cutting engagement base path has a radius of curvature that is a maximum of 10 times, in particular a maximum of 5 times, preferably a maximum of 3 times a radius of curvature of a recess base of the recess structure.
  • such a concavely curved course of the cutting engagement base path can also be achieved in that the rotational speed of the workpiece is in the range of 0.8 to 1.2 times, in particular in the range of 0.9 times to 1.1 times, preferably in the range of 0.95 times to 1.05 times, even more preferably in the range of 0.97 times to 1.03 times an integer multiple of the speed of the rotating tool multiplied by the Corresponds to the number of cutting edges of the rotating tool.
  • such a curved course of the cutting engagement base path can also be achieved by setting the rotational speed of the workpiece in the range of 0.8 to 1.2 times, in particular in the range of 0 , 9 times to 1.1 times, preferably in the range of 0.95 times to 1.05 times, more preferably in the range of 0.97 times to 1.03 times an integral multiple of the speed of the rotating tool multiplied by the number of cutting edges of the rotating tool and divided by the number of several deepening structures.
  • a further advantageous measure for generating such a concavely curved cutting engagement base path provides that a diameter of a cutting edge trajectory of the rotating tool is in the range from 60 times to 0.1 times, in particular in the range from 30 times to 0.1 times a diameter of the reason for specialization to be achieved.
  • the speed of the workpiece is slightly higher or lower than an integer multiple of the speed of the workpiece multiplied by the number of its cutting edges, in order to ensure that successive cutting operations are offset from one another in the direction of rotation relative to the previous cutting operations and thus the coherent recess structure can be produced in a simple manner.
  • Such a slight deviation between the speed of the workpiece is preferably a maximum of 10%, preferably less than 5%, even better less than 1%, so that the desired angular offset of the successive cutting interventions can be achieved due to such a slight deviation.
  • a slight deviation in the rotational speed of the workpiece it is advantageously achieved that when a coherent recess base of a recess structure is created by means of overlapping cutting operations, a subsequent cutting operation is offset by an angle relative to the workpiece spindle axis with respect to the workpiece spindle axis, so that the recess structure is generated by successive cutting operations which each have an angular offset relative to one another and as a result a coherent recess structure, which in particular extends around the workpiece, can be formed.
  • the offset of the cutting engagements relative to one another is so small that at least 10, better at least 30, in particular at least 50 and preferably at least 100 in order to create a coherent recess base when wrapping around the workpiece by 360 ° Cutting operations are provided.
  • the movement of the cutting edge and the movement of the peripheral surface of the workpiece can run in the same direction.
  • a further increase in efficiency can be achieved if the rotating tool has several tool cutting edges.
  • these several tool cutting edges are preferably arranged around the tool spindle axis at identical angles to one another.
  • the cutting edge trajectory of the at least one cutting edge of the rotating tool lies in a plane which is relative to a through a mean slope with respect to the workpiece spindle axis defined central plane of the recess structure in the area of the cutting engagement for generating the recess structure wrapping around the workpiece is aligned at an acute angle.
  • an amount of the acute angle which specifies a deviation from the central plane, also in opposite directions, is in the range from 0.5 ° to 20 °, preferably in the range from 0.5 ° to 10 ° and even more preferably in the range of 0.5 ° to 5 °.
  • the rotating tool is aligned about an axis parallel to the feed direction relative to the Z axis coinciding with the workpiece spindle axis and at least in the direction of the Z axis a relative movement between the Workpiece and the tool as well as an infeed movement in the direction of the infeed axis is carried out.
  • the necessary movements are preferably carried out in a position-controlled manner, with corrections in the direction of the Y-axis and the B-axis preferably also being made in a position-controlled manner for further corrections to the alignment of the rotating tool relative to the Z-axis coinciding with the workpiece spindle axis.
  • the method according to the invention is not limited to the use of a single rotating tool for machining the workpiece.
  • An advantageous solution provides that a first rotating tool and a second rotating tool act on the workpiece to produce at least one coherent recess structure.
  • a sub-area of a recess structure is generated with the first rotating tool and another sub-area of the same recess structure is generated with the second rotating tool.
  • pre-machining is carried out with the first rotating tool and post-machining of the same recess structure is carried out with the second rotating tool, so that the processing possibilities of the recess structure can thereby be optimized.
  • Another advantageous solution provides that with the first rotating tool a first side area, seen in the direction of the workpiece spindle axis, and with the second rotating tool, a second side area of the same recess structure located in the direction of the workpiece spindle axis next to the first side area, so that in this way, the possibilities for processing and thus for shaping the deepening structure can be optimized.
  • a further advantageous solution provides that the first rotating tool acts on the tool to produce a first contiguous recess structure and the second rotating tool acts on the tool to produce a second contiguous recess structure arranged offset relative to the first recess structure in the direction of the workpiece spindle axis. This means that two connected deepening structures can be produced at the same time, thus optimizing the processing time for the workpiece.
  • a machine tool comprising a machine frame (10), a workpiece spindle unit (40) arranged on the machine frame (10) with a workpiece spindle (44) driven by a spindle drive about a spindle axis (46), in which a workpiece (W) about the spindle axis (46) is rotatably received, and at least one tool spindle unit (90) arranged on the machine frame (10) with a tool (98) driven to rotate about a tool spindle axis (96) by means of a tool drive, the workpiece spindle unit (40) and the tool spindle unit (90) are driven in a controlled manner by means of a machine control (120) and can be moved relative to one another at least in the direction of a Z-axis, with at least one continuous, continuous recess structure (V) on the workpiece running around the workpiece spindle axis (46) with a first profile component (W) the rotating tool (98) at least one around the tool spindle axis (
  • Machine tool according to embodiment 1 wherein for the production of the recess structure (V) in such a way that it extends with a second course component in the direction of the workpiece spindle axis (46), a relative movement between the workpiece (W) and the tool (98) in Z -Direction (Z) takes place. 3. Machine tool according to embodiment 1 or 2, wherein the work tool spindle axis (96) of the rotating tool (98) is aligned obliquely to the workpiece spindle axis (46) of the workpiece (W).
  • the speed (NDS) of the rotating tool (98) and the speed (NDW) of the workpiece (W) in the production of the recess structure (V) being selected such that the at least one cutting edge ( Sl) performs cutting engagements (SE) in the workpiece (W), which produce a cutting engagement base path (SEG) which is concavely curved around the workpiece spindle axis (46) and in the direction of the workpiece spindle axis (46).
  • the speed (NDW) of the workpiece (W) in the range of 0.8 to 1.2 times, in particular 0.9 times, when generating a coherent depression structure (V). times to 1.1 times, preferably 0.95 times to 1.05 times or even more preferably 0.97 times to 1.03 times an integer multiple of the speed (NDS) of the rotating tool (98) multiplied by the number of cutting edges (S) of the rotating tool (98). 7.
  • Machine tool with at least 10, better at least 30, in particular at least 50, cutting operations (SE) taking place to create a coherent depression base (VG) when wrapping the workpiece (W) with a wrap angle of 360 °.
  • SE cutting operations
  • Machine tool according to one of the preceding embodiments, wherein the rotating tool (98) has a plurality of tool cutting edges (S). 12. The machine tool according to embodiment 10, wherein the plurality of tool cutting edges (S) are arranged around the tool spindle axis (96) at identical angular distances from one another.
  • Machine tool wherein a cutting edge trajectory (SF) of the at least one tool cutting edge (S) of the rotating tool (98) lies in a plane (SFE) which, relative to a mean slope with respect to the workpiece spindle axis (46) defined center plane (ME) of the recess structure (V) in the area of the cutting engagement (SE) for generating the recess structure (V) wrapping around the workpiece (W) is aligned at an acute angle (e).
  • SFE plane which, relative to a mean slope with respect to the workpiece spindle axis (46) defined center plane (ME) of the recess structure (V) in the area of the cutting engagement (SE) for generating the recess structure (V) wrapping around the workpiece (W) is aligned at an acute angle (e).
  • Machine tool according to one of the preceding embodiments, the rotating tool (98) being oriented around an axis (A) parallel to the infeed axis (X) relative to the Z axis coinciding with the workpiece spindle axis (46) to generate the recess structure (V) and a relative movement between the workpiece (W) and the tool (Z) and an infeed movement in the direction of the infeed axis takes place by means of the machine control (120) at least in the direction of the Z axis.
  • Machine tool according to one of the preceding embodiments, wherein a first rotating tool (98i) and a second rotating tool (982) act on the workpiece (W) to produce at least one contiguous recess structure (V).
  • Machine tool according to embodiment 16 wherein the first rotating tool (98i) generates a sub-area of a recess structure (V) and the second rotating tool (982) generates another sub-area of the same recess structure (V). 18. The machine tool according to embodiment 17, wherein the first rotating tool (98i) performs pre-machining and the second rotating tool performs post-machining of the same recess structure (V).
  • Machine tool according to embodiment 15 or 16, wherein the first rotating tool (98i) for producing a first contiguous recess structure (Vi) and the second rotating tool for producing a second contiguous and relative to the first recess structure (Vi) in the direction of the workpiece spindle axis (46 ) offset recess structure (V2) acts on the workpiece (W).
  • a method for operating a machine tool comprising a workpiece spindle unit (40) with a workpiece spindle (44) which is driven by a spindle drive about a spindle axis (46) and in which a workpiece (W) is rotatably received about the spindle axis (46), and at least a tool spindle unit (90) with a tool (98) which is driven to rotate about a tool spindle axis (96) by means of a tool drive, the workpiece spindle unit (40) and the tool spindle unit (90) being driven in a controlled manner by means of a machine control (120) and relative to one another at least in the direction of Z-axis are moved, wherein for the production of a first profile component around the workpiece spindle axis (46) revolving recess structure (V) on the workpiece (W) the rotating tool (98) at least one revolving around the tool spindle axis (96) and one has radially
  • a diameter of a cutting edge trajectory (SF) of the rotating tool (98) is in the range from 60 times to 0.1 times, in particular in the range from 30 times to 0.1 times. times a diameter of the depth to be reached (VG).
  • Fig. 1 is a front view of an embodiment of a machine tool for the solution according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the machine tool according to FIG. 1 in the direction of arrow A; 3 shows a representation of a cutting edge trajectory of a tool with a cutting edge and a cross section through a workpiece in the area of a cutting operation to be carried out;
  • FIG. 27 reaching the starting position according to FIG. 3;
  • FIG. 28 shows an illustration of a skewed alignment of a work tool spindle axis relative to a workpiece spindle axis, taking into account the circumferential speed of the same caused by the rotational speed of the workpiece and the speed of the cutting edge caused by the rotation of the tool during cutting engagement and the resulting cutting engagement speed when performing the cutting engagement;
  • FIG. 30 shows an enlarged section of a report B in FIG. 29;
  • 31 shows an illustration of a second exemplary embodiment of a solution according to the invention
  • 32 shows an illustration of the recess structure produced in the tool with the second exemplary embodiment
  • Figure 35 is a top plan view taken in the direction of lines 35-35 in Figure 34;
  • FIG. 40 shows a representation of the fourth exemplary embodiment in cross section
  • FIG. 41 shows a section along line 41-41 in FIG. 40.
  • FIGS. 1 and 2 An exemplary embodiment of a machine tool according to the invention, shown in FIGS. 1 and 2, comprises a machine frame designated as a whole by 10, with a frame base 12, which rests with its underside 14 on a standing surface 16 and a machine bed body 18 rising above the frame base 12. As shown in FIGS. 1 and 2, comprises a machine frame designated as a whole by 10, with a frame base 12, which rests with its underside 14 on a standing surface 16 and a machine bed body 18 rising above the frame base 12. As shown in FIGS.
  • the workpiece spindle axis 46 preferably runs parallel to the slide guides 26, 28 and also, for example, essentially in the horizontal direction.
  • the workpiece spindle unit 40 can thus be moved in the direction parallel to the workpiece spindle axis 46 and thus in the Z direction relative to the machine bed body 18.
  • the machine bed body 18 is, for example, columnar and on this, in addition to the workpiece spindle unit 40, a tool carrier unit designated as a whole with 50 is arranged, which has a tool carrier 52 which is mounted on a tool carrier base 56 by means of a guide arm 54 is.
  • the tool carrier base 56 preferably has a longitudinal and rotary guide 58 in which the guide arm 54 can be rotated about its longitudinal axis 62 and is displaceable in the direction of its longitudinal axis 62.
  • the longitudinal axis 62 runs perpendicular to the Z direction and thus also perpendicular to the workpiece spindle axis 46 and, for example, also in the horizontal direction, and represents a Y axis of the machine tool.
  • the tool carrier base 56 for its part sits on a tool carrier slide 72, which is guided by means of slide guides 74 and 76 on the machine bed body 18, preferably on a transverse side 78 running transversely, in particular perpendicularly, to the front side 34.
  • the slide guides 74 and 76 preferably run parallel to an X axis, which in turn runs perpendicular to the Z and Y axes and thus perpendicular to the workpiece spindle axis 46 and to the longitudinal axis 62 of the guide arm 54.
  • the tool carrier slide 72 is provided with a drive unit designated as a whole by 82 , the housing 84 of which is connected to the tool carrier slide 72 and which is able to move the guide arm 54 in a position-controlled manner in the direction of the Y and to rotate it in a position-controlled manner around the B-axis.
  • a tool spindle unit 90 is mounted on the tool carrier 52, in the tool spindle housing 92 of which a tool spindle 94 can be driven to rotate about a tool spindle axis 96, the tool spindle 94 carrying a rotating tool 98.
  • the tool spindle unit 90 is mounted as a whole on a tool spindle bearing unit 100 about an axis 102 representing an A-axis and in a position-controlled manner to the X-direction as the feed direction for the tool 98, which is perpendicular to the tool spindle axis 96 and preferably also perpendicular to the axis 62 and thus runs perpendicular to the B-axis.
  • a drive unit 104 is provided on the tool spindle bearing unit 100 of the tool carrier 52 for the position-regulated positioning of the tool spindle unit 90 about the A axis.
  • the machine tool comprises a controller 120, by means of which the workpiece spindle 44 and the tool spindle 94 can be driven at precisely definable speeds, the speeds being constantly or variably coupled relative to one another, and the workpiece W and the at least one tool 98 relative to one another by controlling the X , Y, Z, B and A-axis can be positioned with position control.
  • the tool 98 which is driven to rotate about the tool spindle axis 96, is provided with at least one cutting edge S1, which, when the tool 98 is driven by the tool spindle unit 90 on a cutting edge trajectory SF, moves around the tool spindle axis 94 with a direction of rotation DS, the cutting edge trajectory SF relative to Workpiece W is arranged in such a way that, in order to produce the recess structure V, it dips into the circumferential surface U of the workpiece W up to a recess base VG running at a defined radial distance from the workpiece axis 46.
  • the workpiece W is also driven to rotate about the workpiece spindle axis 46 in a direction of rotation DW, the direction of rotation of which corresponds to the direction of rotation DS.
  • the directions of rotation DW and DS it is also possible for the directions of rotation DW and DS to run in opposite directions to one another.
  • a further rotation of the workpiece W about the axis 46 in the direction of rotation DW makes the movement of the cutting edge S1 on the cutting edge trajectory SF appear as if the cutting edge S1 is moving noticeably away from the point P.
  • the cutting edge S1 performs a cutting engagement SE in the workpiece W, which extends in an arc around the workpiece spindle axis 46 over an angular range 7, the expansion of which is caused by the penetration of the cutting edge S1 in the
  • Circumferential surface U of the workpiece W according to FIG. 14 and the exit of the cutting edge S1 from the workpiece W is defined by the peripheral surface U according to FIG Direction to the workpiece spindle axis 46 up to a likewise around the
  • the workpiece spindle axis 46 extends concavely curved and running at the smallest distance from the workpiece spindle axis 46 cutting engagement base path SEG, which is tangent to the recess base VG of the recess structure V.
  • the cutting edge S1 moves again on the cutting edge trajectory SF according to FIGS. 17 to 27 to the position corresponding to FIG. 3, in which both the point P of the workpiece W and the cutting edge S1 again are in the same position relative to each other.
  • the speeds NDW and NDS may be used so that during the next revolution of the cutting edge S1 on the cutting edge trajectory SF of the cutting engagement SE, the workpiece W does not take place at exactly the same point, but instead a cutting engagement SE is generated that is offset by an angle d with respect to the workpiece spindle axis 46 compared to the cutting engagement SE not be different by an integer multiple, but they have to differ slightly from a speed ratio, which results from the number of cutting edges S, in order to be at an angle d with respect to the respective preceding cutting operation
  • the speeds NDW and NDS are preferably selected such that suitable cutting speeds are achieved for the material of the workpiece W and the material of the cutting edge S1 during the cutting action SE and thus when cutting out the material from the workpiece W.
  • the speed NDW is selected as a function of a diameter of the workpiece W so that peripheral speeds of the workpiece are greater than 20 meters / minute.
  • the rotational speed NDW of the workpiece W is selected to be so high that, parallel to the machining with the cutting edge S1 rotating on the cutting edge trajectory SF, a conventional machining of a surface of the workpiece W with a stationary cutting edge according to a conventional turning and / or drilling machining can also be carried out can.
  • a recess structure V is formed by 100 or more cutting operations SE until a wrap angle of 360 ° is reached.
  • recess structures V can be produced in accordance with customary standard threads and, in addition to customary standard threads, as shown for example in FIG Standard threads can deviate.
  • Depression structures V of this type have, for example, webs ST separated by the depression structure V produced, which are different in relation to reference planes E running perpendicular to the workpiece spindle axis 46 Have profile angles ⁇ and ⁇ and, as can be seen in FIG. 30, a web width e which varies in one direction along the workpiece spindle axis 46, at the same time a recess base VG, for example with increasing web width e, also has an increasing distance from the workpiece spindle axis 46.
  • a pitch height SH which defines the distance between the webs ST after a wrap angle of 360 °, can also vary.
  • variations of the recess structure V described by way of example in FIGS. 29 and 30 can be achieved on the one hand by suitable formation of a cross-sectional shape of the cutting edge S1 in a plane running through the workpiece spindle axis 46 and also a varying infeed of the tool 98 in the X direction.
  • the pitch SH should also vary
  • the skewed alignment of the tool spindle axis 96 relative to the workpiece spindle axis 46 can be varied by rotating the tool spindle unit 90 about the A axis during the feed in the Z direction.
  • the rotating tool 98 ′ is provided with two cutting edges S1 and S2 which lie opposite one another with respect to the tool spindle axis 96.
  • a cutting engagement SEI and SE2 takes place alternately due to the feed in the Z direction, the cutter handles SEI and SE2 being offset from one another in the circumferential direction, so that two simultaneously in the direction of the work
  • the piece spindle axis 46 and thus also connected recess structures V that are offset relative to one another in the Z-direction are created which, for example, result in a multi-start thread, as shown in FIG. 32.
  • a plurality of recess structures with possibly definable contours can be produced simultaneously in a simple manner by increasing the number of cutting edges S of the rotating tool 98, for example as in the case of tool 98 '.
  • the two rotating tools 98i and 982 it is possible, for example, to machine one and the same contiguous recess structure V, with the first tool 98i pre-machining, for example in the form of roughing, and the second tool 982 post-machining, for example fine machining in of the type of finishing, as shown in FIG. 36.
  • the first tool 98i can process one and the same recess structure V, viewed in the direction of the workpiece spindle axis 46, primarily on one side and the second tool 982 can process the same recess structure V on the opposite side, so that the shape of the recess structure V is variable as shown in FIG. 37.
  • each of the rotating tools 98i and 982 generates one of two recess structures Vi, V2 running one after the other in the direction of the workpiece spindle axis, as shown in FIG. 38.
  • a fourth embodiment of a machine tool according to the invention shown in Fig. 39 to 41, there is also the possibility of using a tubular part as the work piece W ', in which with a rotating tool 98 on an inner side a recess structure V in the same way as in the above Relationship with the peripheral surface U of the workpiece W described can be produced.

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Abstract

Werkzeugmaschine umfassend ein Maschinengestell (10), eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkstückspindeleinheit (40) mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse (46) angetriebenen Werkstückspindel (44), in welcher ein Werkstück (W) um die Spindelachse (46) drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkzeugspindeleinheit (90) mit einem mittels eines Werkzeugantriebs um eine Werkzeugspindelachse (96) rotierend angetriebenen Werkzeug (98), wobei die Werkstückspindeleinheit (40) und die Werkzeugspindeleinheit (90) mittels einer Maschinensteuerung (120) gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse (46) umlaufenden verlaufenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) an dem Werkstück (W) das rotierende Werkzeug (98) mindestens eine um die Werkzeugspindelachse (96) umlaufende und radial außenliegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide (Sl) aufweist.

Description

WERKZEUGMASCHINE UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER
WERKZEUGMASCHINE
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine umfassend ein Maschinen gestell, eine an dem Maschinengestell angeordnete Werkstückspindeleinheit mit einer durch einen Spindelantrieb um die Spindelachse angetriebenen Werkstückspindel, in welcher ein Werkstück um die Spindelachse drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine an dem Maschinengestell angeordnete Werkzeugspindeleinheit mit einem mittels eines Werkzeugantriebs um die Werkzeugspindelachse rotierend angetriebenen Werkzeug, wobei die Werk stückspindeleinheit und die Werkzeugspindeleinheit mittels einer Maschinen steuerung gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde in möglichst effizienter Art und Weise in dem Werkstück hinsichtlich Form und Verlauf variable Vertiefungs strukturen herzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse umlaufend verlaufenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur an dem Werkstück das rotierende Werkzeug mindestens eine um die Werkzeugspindel achse umlaufende und radial außenliegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide aufweist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser vorteilhaft eine sowohl um die Werkstückspindelachse umlaufend als auch in Z-Richtung verlaufende Vertiefungsstruktur an dem Werkstück erzeugbar ist, die dabei in ihrer Querschnittsform und ihrem Verlauf variabel gestaltet werden kann. Das vorstehend beschriebene Grundprinzip der erfindungsgemäßen Lösung sieht insbesondere Umfangsgeschwindigkeiten des Werkstücks vor, wie sie für eine übliche Dreh- oder Bearbeitung des Materials des Werkstücks gewählt werden.
Hierzu liegen vorzugsweise die Umfangsgeschwindigkeiten des Werkstücks im Bereich von größer 20 Meter/Minute, beispielsweise bei Stahl im Bereich von 100 bis 200 m/Minute oder bei Aluminium im Bereich von 300 bis 400 m/Minute.
Bei dem grundlegenden Konzept der Erfindung ist prinzipiell nur eine Rotation von Werkzeug und Werkstück denkbar, ohne eine Bewegung in Richtung der Werkstückspindelachse (46), um eine Bearbeitung einer Werkstückoberfläche durchzuführen.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass zur Herstellung der Vertiefungsstruktur so, dass diese mit einer zweiten Verlaufskomponente sich in Richtung der Werkstückspindelachse erstreckend verläuft, eine Relativ bewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in Z-Richtung erfolgt, so dass sich mindestens eine Wendelähnlich im Werkstück verlaufende zusammenhängende Vertiefungsstruktur hersteilen lässt.
Vorzugsweise ist hierzu die Werkzeugspindelachse des rotierenden Werkzeugs windschief zur Werkstückspindelachse ausgerichtet.
Besonders günstig ist es, wenn die Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und die Drehzahl des Werkstücks bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur so gewählt sind, dass die mindestens eine Schneide Schneideingriffe in das Werkstück ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn erzeugen, die um die Werkstückspindelachse und in Richtung der Werkstückspindelachse konkav gekrümmt verläuft. Die Schneideingriffsgrundbahn ist dabei der Bereich einer Schneidenflugbahn der bei einem Schneideingriff in das Werkstück innerhalb einer Umfangsfläche des Werkstücks mit maximaler Eindringung in das Werkstück verläuft.
Mit derart ausgeführten Schneideingriffen lässt sich in vorteilhafter Weise die Vertiefungsstruktur mit einem Vertiefungsgrund mit möglichst geringer Rauheit erzeugen.
Besonders geringe Rauheiten des Vertiefungsgrundes lassen sich dann erzeugen, wenn die konkave Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn einen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes der Vertiefungsstruktur beträgt.
Eine derartige Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn lässt sich bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur insbesondere auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere in Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs entspricht.
Werden mehrere jeweils zusammenhängende in Richtung der Werkstück spindelachse aufeinanderfolgend angeordnete Vertiefungsstrukturen gleich zeitig erzeugt, so ist eine derartige Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn insbesondere auch dadurch zu erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks ungefähr der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs und dividiert durch die Zahl der mehreren Vertiefungsstrukturen entspricht. Werden mehrere zusammenhängende in Richtung der Werkstückspindelachse aufeinanderfolgende Vertiefungsstrukturen gleichzeitig erzeugt, so lässt sich ein derart gekrümmter Verlauf der Schneideingriffsgrundbahn auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere im Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugs weise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs und dividiert durch die Zahl der mehreren Vertiefungsstrukturen entspricht.
Die vorstehend genannten Relationen zwischen der innerhalb der genannten Bereiche liegenden ausgewählten Drehzahl des Werkstücks, der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und der Zahl der Schneiden sowie gegebenenfalls der Zahl der Vertiefungsstrukturen, lässt sich insbesondere entweder durch eine starre mechanische oder elektronische Kopplung der Antriebe für das rotierende Werkstück und das rotierende Werkzeug erreichen, die eine exakte Einhaltung der Relation gewährleisten.
Ferner lässt sich eine derartige Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn vorteilhaft dadurch erzeugen, dass ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn des rotierenden Werkzeugs im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes liegt.
Ferner sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass eine Drehzahl des Werkstücks geringfügig größer oder kleiner als ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl des Werkzeugs multipliziert mit der Zahl von dessen Schneiden ist.
Eine derartige geringfügige Abweichung der Drehzahl des Werkstücks beträgt vorzugsweise maximal 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, noch besser weniger als 1 %. Mit einer derartigen geringfügigen Abweichung der Drehzahl des Werkstücks wird vorteilhafterweise erreicht, dass beim Erzeugen eines zusammen hängenden Vertiefungsgrundes einer Vertiefungsstruktur mittels einander überlappenden Schneideingriffen ein nächstfolgender Schneideingriff zum vorhergehenden Schneideingriff um einen Winkel bezüglich der Werkstück spindelachse versetzt erfolgt, so dass die Vertiefungsstruktur durch aufeinanderfolgende Schneideingriffe erzeugt wird, die relativ zueinander jeweils einen Winkelversatz aufweisen und dadurch eine zusammenhängende Vertiefungsstruktur, die insbesondere das Werkstück umschlingend verläuft, ausgebildet werden kann.
Dabei ist zur Reduzierung der Rauheit des Vertiefungsgrundes beispielsweise vorgesehen, dass der Versatz der Schneideingriffe relativ zueinander derart gering ist, dass zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes bei einer Umschlingung des Werkstücks von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 100 Schneideingriffe vorgesehen werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass sich die Umfangsfläche des Werkstücks und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur ein greifende Schneide in derselben Richtung bewegen.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass sich eine Umfangsfläche des Werk stücks und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur eingreifende Schneide gegenläufig zueinander bewegen, um eine möglichst große Relativ bewegung bei der Ausführung des Schneideingriffs und somit eine möglichst hohe Schnittgeschwindigkeit zu erhalten.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass das rotierende Werkzeug mehrere Werkzeugschneiden aufweist. Ein derartiges rotierendes Werkzeug mit mehreren Werkzeugschneiden kann entweder dazu eingesetzt werden, mehrgängige Vertiefungsstrukturen im Werkstück zu erzeugen oder ergänzend zur ersten Schneide dieselbe Vertiefungsstruktur zu bearbeiten. Die Werkzeugschneiden können dabei in unterschiedlichster Art und Weise an dem rotierenden Werkzeug eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die mehreren Werkzeugschneiden um die Werkstückspindelachse herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.
Beim Arbeiten mit hohen Drehzahlen sowohl des Werkstücks als auch des rotierenden Werkzeugs ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Schneiden flugbahn der mindestens einen Werkzeugschneide des rotierenden Werkzeugs in einer Ebene liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse definierten Mittelebene der Vertiefungsstruktur im Bereich des Schneideingriffs zur Erzeugung der das Werkstück umschlingenden Vertiefungsstruktur in einem spitzen Winkel ausgerichtet ist, das heißt, dass die Ausrichtung der Ebene der Schneidenflugbahn des rotierenden Werkzeugs nicht mit der Mittelebene im Bereich des Schneid eingriffs zur Erzeugung der das Werkstück umschlingenden Vertiefungs struktur zusammenfällt.
Dies ist vorteilhaft, damit sich bei dem Schneideingriff in das Werkstück eine exakt definierte Form der Vertiefungsstruktur erreichen lässt.
Aus diesem Grund ist es besonders günstig, wenn ein Betrag des spitzen Winkels im Bereich von 0,5° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise im Bereich von 0,5° bis 10° und gegebenenfalls im Bereich von 0,5° bis 5° liegt, das heißt, dass der Bereich für den spitzen Winkel eine Abweichung von der mittleren Steigung sowohl in einer Richtung von der Mittelebene weg als auch in der entgegengesetzten Richtung ermöglicht.
Durch eine derartige Bestimmung des spitzen Winkels lassen sich die durch die umlaufende Schneide und das rotierende Werkstück präzise geformte Vertiefungsstrukturen erzeugen. Insbesondere ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine vorgesehen, dass zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur das rotierende Werkzeug um eine zur Zustellrichtung parallele Achse relativ zur mit der Werkstückspindelachse zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet ist und mittels der Maschinensteuerung mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug sowie eine Zustellbewegung in Richtung der Zustellachse erfolgt.
Die Ausrichtung des rotierenden Werkzeugs um die zur Zustellrichtung parallele Achse kann im einfachsten Fall durch eine manuell einstellbare Ausrichteinrichtung, beispielsweise an einem Werkzeughalter, oder durch einen insbesondere lagegeregelten, und mittels der Maschinensteuerung gesteuerten Antrieb erfolgen.
Insbesondere lassen sich die vorgehenden Relativbewegungen mit der erfindungsgemäßen Maschinensteuerung lagegeregelt durchführen.
Darüber hinaus sind auch noch durch andere Achsen, beispielsweise durch eine Y-Achse oder eine B-Achse Korrekturen der Ausrichtung des rotierenden Werkzeugs relativ zum Werkstück, insbesondere auch lagegeregelt, durch führbar.
Die erfindungsgemäße Lösung betrifft jedoch nicht nur die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem einzigen rotierenden Werkzeug.
Eine vorteilhafte, insbesondere hinsichtlich der Effizienz verbesserte Lösung sieht vor, dass ein erstes rotierendes Werkzeug und ein zweites rotierendes Werkzeug auf das Werkstück zur Erzeugung mindestens einer zusammen hängenden Vertiefungsstruktur einwirken.
Dabei können die das erste und das zweite rotierende Werkzeug in unterschiedlicher Art und Weise eingesetzt werden. Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das erste rotierende Werkzeug einen Teilbereich einer Vertiefungsstruktur und das zweite rotierende Werk zeug einen anderen Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt.
Damit lassen sich die Oberflächenqualität und auch die Geometrieverhältnisse der Vertiefungsstruktur optimieren.
Besonders günstig ist es beispielsweise wenn das erste rotierende Werkezeug eine Vorbearbeitung und das zweite rotierende Werkzeug eine Nach bearbeitung derselben Vertiefungsstruktur ausführen.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass das erste rotierende Werkzeug einen in Richtung der Werkstückspindelachse gesehen ersten Seitenbereich und das zweite rotierende Werkzeug einen in Richtung der Werkstückspindelachse neben der ersten Seite liegenden zweiten Seitenbereich derselben Vertiefungs struktur erzeugt.
Alternativ zu dem Fall, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug und dem zweiten rotierenden Werkzeug ein und dieselbe zusammenhängende Vertiefungsstruktur erzeugt wird, sieht eine weitere vorteilhafte Lösung vor, dass das erste rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer ersten zusammen hängenden Vertiefungsstruktur und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur in Richtung der Werkstückspindelachse versetzten Vertiefungsstruktur auf das Werkstück einwirkt.
Eine derartige Bearbeitung wird insbesondere zur Herstellung mehrerer nebeneinanderliegender Vertiefungsstrukturen eingesetzt, beispielsweise beim Herstellen mehrerer Gewinde darstellender Vertiefungsstrukturen, die sich dadurch gleichzeitig und somit mit hoher Effizienz hersteilen lassen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Werk zeugmaschine, umfassend eine Werkstückspindeleinheit mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse angetriebenen Werkstückspindel, in welcher ein Werkstück um die Spindelachse drehbar aufgenommen ist und mindestens eine Werkzeugspindeleinheit mit einem mittels eines Werkzeug antriebs um eine Werkzeugspindelachse rotierend angetriebenen Werkzeug, wobei die Werkstückspindeleinheit und die Werkzeugspindeleinheit mittels einer Maschinensteuerung gesteuert angetrieben und relativ zueinander in Richtung einer Z-Achse bewegt werden.
Um bei einem derartigen Verfahren in effizienter Art und Weise in dem Werk stück hinsichtlich Form und Verlauf Variable Vertiefungskonturen herzustellen, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse umlaufend verlaufenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur an dem Werkstück das rotierende Werkzeug mindestens eine um die Werkzeugspindelachse umlaufende und eine radial außenliegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide aufweist.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser in vorteilhafter Weise die Vertiefungsstruktur an dem Werkstück erzeugbar ist, die dabei in ihre Querschnittsform und in ihrem Verlauf variabel ausgestaltet werden kann.
Ein besonders vorteilhaftes Verfahren sieht vor, dass zur Herstellung der Vertiefungsstruktur so, dass diese mit einer zweiten Verlaufskomponente sich in Richtung der Werkstückspindelachse erstreckend verläuft, eine Relativ bewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in Z-Richtung durch geführt wird, so dass mindestens eine wendelartig im Werkstück verlaufende Vertiefungsstruktur ausgebildet wird. Vorzugsweise ist hierzu die Werkzeugspindelachse des rotierenden Werkzeugs windschief zur Werkstückspindelachse ausgerichtet.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und die Drehzahl des Werkstücks bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur so gewählt werden, dass die mindestens eine Schneide Schneideingriffe in das Werkstück ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn erzeugen, die um die Werkstückspindelachse und in Richtung der Werkstückspindelachse konkav gekrümmt verläuft.
Aufgrund eines derartigen gekrümmten Verlaufs der Schneideingriffs grundbahn lässt sich die Rauheit des Vertiefungsgrundes minimieren.
Besonders günstig ist es, wenn die konkave Krümmung der Schneideingriffs grundbahn einen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes der Vertiefungsstruktur beträgt.
Weiterhin lässt sich bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur ein derart konkav gekrümmter Verlauf der Schneid eingriffsgrundbahn auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere im Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs entspricht.
Werden mehrere zusammenhängende in Richtung der Werkstückspindelachse aufeinanderfolgende Vertiefungsstrukturen gleichzeitig erzeugt, so lässt sich ein derart gekrümmter Verlauf der Schneideingriffsgrundbahn auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere im Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs und dividiert durch die Zahl der mehreren Vertiefungsstrukturen entspricht.
Die vorstehend genannten Relationen zwischen der innerhalb der genannten Bereiche liegenden ausgewählten Drehzahl des Werkstücks, der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und der Zahl der Schneiden sowie gegebenenfalls der Zahl der Vertiefungsstrukturen, lässt sich insbesondere entweder durch eine starre mechanische oder elektronische Kopplung der Antriebe für das rotierende Werkstück und das rotierende Werkzeug erreichen, die eine exakte Einhaltung der Relation gewährleisten.
Eine weitere vorteilhafte Maßnahme zum Erzeugen einer derartigen konkav gekrümmten Schneideingriffsgrundbahn sieht vor, dass ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn des rotierenden Werkzeugs im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes liegt.
Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Drehzahl des Werk stücks geringfügig größer oder kleiner als ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl des Werkstücks multipliziert mit der Zahl von dessen Schneiden ist, um zu erreichen, dass aufeinanderfolgende Schneideingriffe bezogen auf die vorausgehenden Schneideingriffe in Umlaufrichtung zueinander versetzt sind und sich somit die zusammenhängende Vertiefungsstruktur in einfacher Weise erzeugen lässt.
Eine derartige geringfügige Abweichung zwischen der Drehzahl des Werk stücks beträgt vorzugsweise maximal 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, noch besser weniger als 1 %, so dass aufgrund einer derartigen geringfügigen Abweichung der angestrebte Winkelversatz der aufeinanderfolgenden Schneid eingriffe erreichbar ist. Mit einer derartigen geringfügigen Abweichung der Drehzahl des Werkstücks wird vorteilhafterweise erreicht, dass beim Erzeugen eines zusammen hängenden Vertiefungsgrundes einer Vertiefungsstruktur mittels einander überlappenden Schneideingriffen ein nächstfolgender Schneideingriff zum vorhergehenden Schneideingriff um einen Winkel bezüglich der Werkstück spindelachse versetzt erfolgt, so dass die Vertiefungsstruktur durch aufeinanderfolgende Schneideingriffe erzeugt wird, die relativ zueinander jeweils einen Winkelversatz aufweisen und dadurch eine zusammenhängende Vertiefungsstruktur, die insbesondere das Werkstück umschlingend verläuft, ausgebildet werden kann.
Dabei ist zur Reduzierung der Rauheit des Vertiefungsgrundes beispielsweise vorgesehen, dass der Versatz der Schneideingriffe relativ zueinander derart gering ist, dass zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes bei einer Umschlingung des Werkstücks von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 100 Schneideingriffe vorgesehen werden.
Prinzipiell kann im Rahmen der Erfindung die Bewegung der Schneide und die Bewegung der Umfangsfläche des Werkstücks in derselben Richtung verlaufen.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn sich eine Umfangfläche des Werk stücks und die in diese bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur eingreifende Schneide gegenläufig zueinander bewegen, da damit eine vorteilhaft hohe Schnittgeschwindigkeit erreichbar ist.
Eine weitere Effizienzsteigerung lässt sich dadurch erreichen, dass das rotierende Werkzeug mehrere Werkzeugschneiden aufweist.
Vorzugsweise sind diese mehreren Werkzeugschneiden um die Werkzeug spindelachse herum mit identischen Winkelständen zueinander angeordnet. Um insbesondere bei hohen Drehzahlen des Werkstücks und des Werkzeugs einen Schneideingriff zu erhalten, der relativ zu der zu erzeugenden Vertiefungsstruktur einen optimalen Verlauf aufweist, ist vorgesehen, dass die Schneidenflugbahn der mindestens einen Schneide des rotierenden Werkzeugs in einer Ebene liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse definierten Mittelebene der Vertiefungsstruktur im Bereich des Schneideingriffs zur Erzeugung der das Werkstück umschlingenden Vertiefungsstruktur in einem spitzen Winkel ausgerichtet wird.
Damit besteht die Möglichkeit, den einer optimalen Formgebung der Vertiefungsstruktur Rechnung zu tragen.
Besonders günstig ist es, wenn ein Betrag des eine Abweichung von der Mittel ebene auch in entgegengesetzten Richtungen vorgebenden spitzen Winkels im Bereich von 0,5° bis 20°, vorzugsweise im Bereich von 0,5° bis 10° und noch bevorzugter im Bereich von 0,5° bis 5° liegt.
Darüber hinaus ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens vorgesehen, dass zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur das rotierende Werkzeug um eine zur Zustellrichtung parallele Achse relativ zur mit der Werkstückspindelachse zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet wird und mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug sowie eine Zustellbewegung in Richtung der Zustellachse durchgeführt wird.
Die Durchführung der erforderlichen Bewegungen wird vorzugsweise lage geregelt durchgeführt, wobei gegebenenfalls zu weiteren Korrekturen der Ausrichtung des rotierenden Werkzeugs relativ zur mit der Werkstück spindelachse zusammenfallenden Z-Achse noch Korrekturen in Richtung der Y-Achse und der B-Achse vorzugsweise auch lagegeregelt durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht auf den Einsatz eines einzigen rotierenden Werkzeugs zur Bearbeitung des Werkstücks.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass ein erstes rotierendes Werkzeug und ein zweites rotierendes Werkzeug auf das Werkstück zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur einwirken.
In diesem Zusammenhang sind unterschiedlichste Varianten denkbar.
Bei einer Variante ist vorgesehen, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug ein Teilbereich einer Vertiefungsstruktur und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug ein anderer Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt wird.
Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug eine Vorbearbeitung und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur ausgeführt wird, so dass sich dadurch die Bearbeitungsmöglichkeiten der Vertiefungs struktur optimieren lassen.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug ein in Richtung der Werkstückspindelachse gesehen erster Seiten bereich und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug ein in Richtung der Werk stückspindelachse neben dem ersten Seitenbereich liegender zweiter Seiten bereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt wird, so dass sich dadurch die Möglichkeiten zur Bearbeitung und somit zur Formgebung der Vertiefungs struktur optimieren lassen.
Alternativ dazu sieht eine weitere vorteilhafte Lösung vor, dass das erste rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer ersten Zusammenhängenden Vertiefungsstruktur und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden relativ zur ersten Vertiefungsstruktur in Richtung der Werkstückspindelachse versetzt angeordneten Vertiefungs struktur auf das Werkzeug einwirkt. Damit lassen sich gleichzeitig zwei jeweils zusammenhängende Vertiefungs strukturen gleichzeitig hersteilen und somit die Bearbeitungszeit für das Werk stück optimieren.
Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungs formen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen:
1. Werkzeugmaschine umfassend ein Maschinengestell (10), eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkstückspindeleinheit (40) mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse (46) angetriebenen Werk stückspindel (44), in welcher ein Werkstück (W) um die Spindelachse (46) drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkzeugspindeleinheit (90) mit einem mittels eines Werkzeug antriebs um eine Werkzeugspindelachse (96) rotierend angetriebenen Werk zeug (98), wobei die Werkstückspindeleinheit (40) und die Werkzeug spindeleinheit (90) mittels einer Maschinensteuerung (120) gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegbar sind, wobei zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse (46) umlaufenden verlaufenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) an dem Werkstück (W) das rotierende Werkzeug (98) mindestens eine um die Werkzeug spindelachse (96) umlaufende und radial außenliegende sowie radial außen liegend wirksame Schneide (Sl) aufweist.
2. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 1, wobei zur Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so, dass diese mit einer zweiten Verlaufskomponente sich in Richtung der Werkstückspindelachse (46) erstreckend verläuft, eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (98) in Z-Richtung (Z) erfolgt. 3. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei die Werk zeugspindelachse (96) des rotierenden Werkzeugs (98) windschief zur Werkstückspindelachse (46) des Werkstücks (W) ausgerichtet ist.
4. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) und die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so gewählt sind, dass die mindestens eine Schneide (Sl) Schneideingriffe (SE) in das Werkstück (W) ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn (SEG) erzeugen, die um die Werkstückspindelachse (46) und in Richtung der Werkstückspindelachse (46) konkav gekrümmt verläuft.
5. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn (SEG) einen Krümmungs radius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, und vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes (VG) der Vertiefungsstruktur (V) beträgt.
6. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen oder noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03- fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) liegt. 7. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei bei der gleichzeitigen Erzeugung von mehreren in Richtung der Werk stückspindelachse (46) aufeinanderfolgend angeordneten Vertiefungs strukturen (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen oder noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) und dividiert durch die Zahl der aufeinander folgend angeordneten Vertiefungsstrukturen (V) entspricht.
8. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn (SF) des rotierenden Werk zeugs (98) im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen, eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes (VG) liegt.
9. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes (VG) bei einer Umschlingung des Werkstücks (W) mit einem Umschlingungswinkel von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50, Schneideingriffe (SE) erfolgen.
10. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei sich eine Umfangsfläche (U) des Werkstücks (W) und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) eingreifende Schneide (Sl) gegenläufig zueinander bewegen.
11. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das rotierende Werkzeug (98) mehrere Werkzeugschneiden (S) auf weist. 12. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 10, wobei die mehreren Werk zeugschneiden (S) um die Werkzeugspindelachse (96) herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.
13. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei eine Schneidenflugbahn (SF) der mindestens einen Werkzeugschneide (S) des rotierenden Werkzeugs (98) in einer Ebene (SFE) liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse (46) definierten Mittelebene (ME) der Vertiefungsstruktur (V) im Bereich des Schneideneingriffs (SE) zur Erzeugung der das Werkstück (W) umschlingenden Vertiefungsstruktur (V) in einem spitzen Winkel (e) ausgerichtet ist.
14. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 13, wobei ein Betrag des spitzen Winkels (e) im Bereich von 0,5° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise 0,5° bis 10° und noch bevorzugter 0,5° bis 5° liegt.
15. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) das rotierende Werkzeug (98) um eine zur Zustellachse (X) parallele Achse (A) relativ zur mit der Werkstückspindelachse (46) zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet ist und mittels der Maschinensteuerung (120) mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (Z) sowie eine Zustellbewegung in Richtung der Zustellachse erfolgt.
16. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei ein erstes rotierendes Werkzeug (98i) und ein zweites rotierendes Werkzeug (982) auf das Werkstück (W) zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) einwirken.
17. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 16, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) einen Teilbereich einer Vertiefungsstruktur (V) und das zweite rotierende Werkzeug (982) einen anderen Teilbereich derselben Vertiefungs struktur (V) erzeugt. 18. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 17, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) eine Vorbearbeitung und das zweite rotierende Werkzeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur (V) ausführt.
19. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 16 oder 17, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) einen in Richtung der Werkstückspindelachse (46) gesehen ersten Seitenbereich und das zweite rotierende Werkzeug (982) einen in Richtung der Werkstückspindelachse (46) neben dem ersten Seitenbereich liegenden zweiten Seitenbereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt.
20. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 15 oder 16, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) zur Erzeugung einer ersten zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (Vi) und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur (Vi) in Richtung der Werkstückspindelachse (46) versetzten Vertiefungs struktur (V2) auf das Werkstück (W) einwirkt.
21. Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine, umfassend eine Werkstückspindeleinheit (40) mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse (46) angetriebenen Werkstückspindel (44), in welcher ein Werkstück (W) um die Spindelachse (46) drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine Werkzeugspindeleinheit (90) mit einem mittels eines Werkzeugantriebs um eine Werkzeugspindelachse (96) rotierend angetriebenen Werkzeug (98), wobei die Werkstückspindeleinheit (40) und die Werkzeugspindeleinheit (90) mittels einer Maschinensteuerung (120) gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegt werden, wobei zur Herstellung einer mit einer ersten Verlaufs komponente um die Werkstückspindelachse (46) umlaufenden Vertiefungs struktur (V) an dem Werkstück (W) das rotierende Werkzeug (98) mindestens eine um die Werkzeugspindelachse (96) umlaufende und eine radial außen liegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide (Sl) aufweist. 22. Verfahren nach Ausführungsform 21, wobei zur Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so, dass diese sich mit einer zweiten Verlaufs komponente in Richtung der Werkstückspindelachse (46) erstreckend verläuft, eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (98) in Z-Richtung erfolgt.
23. Verfahren nach Ausführungsform 21 oder 22, wobei die Werkzeug spindelachse (96) des rotierenden Werkzeugs (98) windschief zur Werkstückspindelachse (46) des Werkstücks (W) ausgerichtet wird.
24. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 23, wobei die Dreh zahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) und die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so gewählt werden, dass die mindestens eine Schneide (Sl) Schneideingriffe (SE) in das Werkstück (W) ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn (SEG) erzeugen, die um die Werkstückspindelachse (46) und in Richtung der Werkstück spindelachse (46) konkav gekrümmt verläuft.
25. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 24, wobei die Krümmung der konkaven Schneideingriffsgrundbahn (SEG) einen maximalen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache und vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes (VG) der Vertiefungsstruktur (V) beträgt.
26. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 25, wobei bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen und noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) liegt. 27. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 26, wobei bei der gleichzeitigen Erzeugung von mehreren in Richtung der Werkstück spindelachse (46) aufeinanderfolgend angeordnete Vertiefungsstrukturen (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen und noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) dividiert durch die Zahl der aufeinanderfolgend angeordneten Vertiefungsstrukturen entspricht.
28. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 27, wobei ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn (SF) des rotierenden Werkzeugs (98) im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen, eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes (VG) liegt.
29. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen 21 bis 28, wobei zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes (VG) bei einer Umschlingung des Werkstücks (W) mit einem Umschlingungswinkel von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50, Schneideingriffe (SE) erfolgen.
30. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 29, wobei sich eine Umfangsfläche (U) des Werkstücks (W) und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) eingreifende Schneide (Sl) gegenläufig zueinander bewegen.
31. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 30, wobei das rotierende Werkzeug (98) mehrere Werkzeugschneiden (S) aufweist. 32. Verfahren nach Ausführungsformen 31, wobei die mehreren Werkzeug schneiden (S) um die Werkzeugspindelachse (96) herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.
33. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 32, wobei eine Schneidenflugbahn (SF) der mindestens einen Werkzeugschneide (S) des rotierenden Werkzeugs (98) in einer Ebene (SFE) liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse (46) definierten Mittelebene (ME) der Vertiefungsstruktur (V) im Bereich des Schneideneingriffs (SE) zur Erzeugung der das Werkstück (W) umschlingenden Vertiefungsstruktur (V) in einem spitzen Winkel (e) ausgerichtet wird.
34. Verfahren nach Ausführungsform 33, wobei ein Betrag des spitzen Winkels (e) im Bereich von 0,50° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise 0,5° bis 10° und noch bevorzugter 0,5° bis 5° liegt.
35. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 34, wobei zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) das rotierende Werkzeug (98) um eine zur Zustellachse (X) parallele Achse (A) relativ zur mit der Werkstückspindel achse (46) zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet wird und mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (Z) sowie eine Zustellbewegung in Richtung der X-Achse erfolgt.
36. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei ein erstes rotierendes Werkzeug (98i) und ein zweites rotierendes Werkzeug (982) auf das Werkstück (W) zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) einwirken.
37. Verfahren nach Ausführungsform 36, wobei mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) ein Teilbereich einer Vertiefungsstruktur (V) und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug (982) ein anderer Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur (V) erzeugt wird. 38. Verfahren nach Ausführungsform 37, wobei mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) eine Vorbearbeitung und mit dem zweiten rotierenden Werk zeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur (V) ausgeführt wird.
39. Verfahren nach Ausführungsform 36 oder 37, wobei mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) ein in Richtung der Werkstückspindelachse (46) gesehen erster Seitenbereich und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug (982) ein in Richtung der Werkstückspindelachse (46) neben dem ersten Seitenbereich liegenden zweiter Seitenbereich derselben Vertiefungsstruktur (V) erzeugt wird.
40. Verfahren nach Ausführungsform 36, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) zur Erzeugung einer ersten zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (Vi) und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur (Vi) in Richtung der Werkstückspindelachse (46) versetzt angeordneten Vertiefungs struktur (V2) auf das Werkstück (W) einwirkt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach folgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Frontansicht eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeug maschine für die erfindungsgemäße Lösung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeils A; Fig. 3 eine Darstellung einer Schneidenflugbahn eines Werkzeugs mit einer Schneide und eines Querschnitts durch ein Werkstück im Bereich eines durchzuführenden Schneideingriffs;
Fig. 4 eine Darstellung der relativen Positionen der Schneide des bis Werkzeugs und des Werkstücks bei der einer sukzessiven Drehung
Fig. 13 von Werkzeug und Werkstück;
Fig. 14 eine Darstellung eines Schneideingriffs der Schneide in das bis Werkstück mit sukzessiver Darstellung der einzelnen
Fig. 16 Winkelstellungen;
Fig. 17 eine Darstellung der einzelnen Winkelstellungen von Werkzeug und bis Werkstück nach Durchführung des Schneideingriffs bis zum
Fig. 27 Erreichen der Ausgangsposition gemäß Fig. 3;
Fig. 28 eine Darstellung einer windschiefen Ausrichtung einer Werk zeugspindelachse relativ zu einer Werkstückspindelachse unter Berücksichtigung der durch die Drehzahl des Werkstücks bedingten Umfangsgeschwindigkeit desselben und durch die Rotation des Werkzeugs bedingten Geschwindigkeit der Schneide beim Schneideingriff und der daraus resultierenden Schneideingriffs geschwindigkeit bei der Durchführung des Schneideingriffs;
Fig. 29 eine Darstellung eines erfindungsgemäß bearbeiteten Werkstücks;
Fig. 30 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Berichts B in Fig. 29;
Fig. 31 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lösung; Fig. 32 eine Darstellung der mit dem zweiten Ausführungsbeispiel erzeugten Vertiefungsstruktur im Werkzeug;
Fig. 33 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 34 eine Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels im Querschnitt;
Fig. 35 eine Draufsicht in Richtung der Linien 35-35 in Fig. 34;
Fig. 36 einen Längsschnitt bei einer Bearbeitung einer Vertiefungsstruktur in zwei Schritten;
Fig. 37 einen Längsschnitt bei einer Bearbeitung einer Vertiefungsstruktur auf zwei Seiten;
Fig. 38 eine Draufsicht auf eine Bearbeitung von zwei Vertiefungs strukturen;
Fig. 39 eine Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 40 eine Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels im Querschnitt und
Fig. 41 einen Schnitt längs Linie 41-41 in Fig. 40.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, dargestellt in Fig. 1 und 2 umfasst ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Maschinengestell, mit einer Gestellbasis 12, welche mit ihrer Unterseite 14 auf einer Standfläche 16 ruht und einem sich über der Gestellbasis 12 erhebenden Maschinenbettkörper 18. An einer Frontseite 22 des Maschinenbettkörpers 18 ist, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ein Grundkörper 24 mit parallel zueinander angeordneten Schlittenführungen 26, 28 angeordnet, die sich parallel zu einer Z-Richtung der Werkzeugmaschine erstrecken und auf denen ein Spindelschlitten 32 geführt ist, der eine als Ganzes mit 40 bezeichnete Werkstückspindeleinheit trägt, die ein Werkstückspindelgehäuse 42 umfasst, in welchem eine Werk stückspindel 44 um eine Werkstückspindelachse 46 drehbar gelagert und von einem Spindelmotor angetrieben ist.
Vorzugsweise verläuft die Werkstückspindelachse 46 parallel zu den Schlitten führungen 26, 28 und außerdem beispielsweise im Wesentlichen in horizontaler Richtung.
Durch die auf dem Grundkörper 24 sitzenden Schlittenführungen 26 und 28 ist somit die Werkstückspindeleinheit 40 in Richtung parallel zur Werkstück spindelachse 46 und somit in der Z-Richtung relativ zum Maschinenbettkörper 18 bewegbar.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ist der Maschinenbettkörper 18 beispielsweise säulenartig ausgebildet und an diesem ist zusätzlich zur Werkstückspindel einheit 40 eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Werkzeugträgereinheit angeordnet, die einen Werkzeugträger 52 aufweist, der mittels eines Führungsarms 54 an einer Werkzeugträgerbasis 56 gelagert ist.
Die Werkzeugträgerbasis 56 weist vorzugsweise eine Längs- und Drehführung 58 auf, in welcher der Führungsarm 54 um seine Längsachse 62 drehbar und in Richtung seiner Längsachse 62 verschiebbar ist.
Dabei verläuft die Längsachse 62 senkrecht zur Z-Richtung und somit auch senkrecht zur Werkstückspindelachse 46 und beispielsweise ebenfalls in horizontaler Richtung, und stellt eine Y-Achse der Werkzeugmaschine dar. Die Werkzeugträgerbasis 56 sitzt ihrerseits auf einem Werkzeugträgerschlitten 72, der mittels Schlittenführungen 74 und 76 an dem Maschinenbettkörper 18, vorzugsweise auf einer quer, insbesondere senkrecht, zur Frontseite 34 verlaufenden Querseite 78 geführt ist.
Dabei verlaufen die Schlittenführungen 74 und 76 vorzugsweise parallel zu einer X-Achse, die ihrerseits senkrecht zur Z und Y-Achse und somit senkrecht zur Werkstückspindelachse 46 und zur Längsachse 62 des Führungsarms 54 verläuft.
Zum Ausführen der Bewegungen des Führungsarms 54 und somit der Bewegungen des Werkzeugträgers 52 längs der Y-Achse und der Dreh bewegungen um die Y-Achse, das heißt insbesondere der B-Achse, ist der Werkzeugträgerschlitten 72 mit einer als Ganzes mit 82 bezeichneten Antriebseinheit versehen, deren Gehäuse 84 mit dem Werkzeugträgerschlitten 72 verbunden ist und welche in der Lage ist, den Führungsarm 54 lagegeregelt in Richtung der Y-Richtung zu verschieben und lagegeregelt um die B-Achse zu drehen.
Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist an dem Werkzeugträger 52 eine Werkzeugspindeleinheit 90 gelagert, in deren Werkzeugspindel Gehäuse 92 eine Werkzeugspindel 94 um eine Werkzeugspindelachse 96 rotierend antreibbar ist, wobei die Werkzeugspindel 94 ein rotierendes Werkzeug 98 trägt.
Die Werkzeugspindeleinheit 90 ist dabei als Ganzes an einer Werkzeugspindel lagereinheit 100 um eine eine A-Achse darstellende Achse 102 und zur X-Richtung als Zustellrichtung für das Werkzeug 98 lagegeregelt verschwenk- bar gelagert, die senkrecht zur Werkzeugspindelachse 96 und vorzugsweise auch senkrecht zur Achse 62 und somit senkrecht zur B-Achse verläuft. Insbesondere ist zur lagegeregelten Positionierung der Werkzeugspindeleinheit 90 um die A-Achse eine Antriebseinheit 104 an der Werkzeugspindellager einheit 100 des Werkzeugträgers 52 vorgesehen.
Alternativ dazu ist es bei einer vereinfachten Lösung möglich, die Dreh ausrichtung der Werkzeugspindeleinheit 90 bezüglich der A-Achse durch eine mechanische Feststelleinrichtung vorzunehmen.
Außerdem umfasst die Werkzeugmaschine eine Steuerung 120, mittels welcher die Werkstückspindel 44 und die Werkzeugspindel 94 mit exakt definierbaren Drehzahlen, wobei die Drehzahlen relativ zueinander konstant oder variabel gekoppelt sind, antreibbar und das Werkstück W sowie das mindestens eine Werkzeug 98 relativ zueinander durch Ansteuerung der X, Y, Z, B und A-Achse lagegeregelt positionierbar sind.
Zur Herstellung einer sich in das Werkstück W ausgehend von einer Umfangs fläche U, insbesondere ausgehend von einer rotationssymmetrisch zur Werk stückspindelachse 46 verlaufenden Umfangsfläche U, sich in das Werkstück vertiefend hinein erstreckenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur V ist, wie in den Fig. 3 bis 28 dargestellt, das um die Werkzeugspindelachse 96 rotierend angetriebene Werkzeug 98 mit mindestens einer Schneide S1 versehen, welche sich durch das Antreiben des Werkzeugs 98 mittels der Werkzeugspindeleinheit 90 auf einer Schneidenflugbahn SF um die Werk zeugspindelachse 94 mit einer Drehrichtung DS bewegt, wobei die Schneiden flugbahn SF relativ zum Werkstück W so angeordnet ist, dass diese zur Herstellung der Vertiefungsstruktur V in die Umfangsfläche U des Werkstücks W bis zu einem in einem definierten radialen Abstand von der Werkstückachse 46 verlaufenden Vertiefungsgrund VG eintaucht.
Ferner ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur V auch das Werkstück W mit einer Drehrichtung DW rotierend um die Werkstückspindelachse 46 angetrieben, deren Drehsinn der Drehrichtung DS entspricht. Es ist aber auch möglich, dass die Drehrichtungen DW und DS mit entgegen gesetztem Drehsinn zueinander verlaufen.
In der in Fig. 3 dargestellten Stellung der Schneide S1 ist diese in einer dem Werkstück W maximal abgewandten Stellung. Betrachtet man ausgehend von dieser Stellung einen ausgewählten auf dem Werkstück W fest angeordneten, dem Werkzeug 98 maximal zugewandten Punkt P, so führt, wie in Fig. 4 dargestellt, eine Drehung des rotierenden Werkzeugs 98 mit der Drehzahl NDS und eine gleichzeitige Drehung des Werkstücks W mit der Drehzahl NDW = 2NDS, betrachtet ausgehend von dem Punkt P auf dem Werkstück W, zu einer Bewegung der Schneide S1 auf einer Bewegungsbahn B, die von dem Punkt P wegzuführen scheint.
Eine weitere Drehung des Werkstücks W um die Achse 46 in Drehrichtung DW lässt die Bewegung der Schneide S1 auf der Schneidenflugbahn SF so erscheinen, als ob sich die Schneide S1 zusehends von dem Punkt P weg bewegt. Dies setzt sich fort bei einer weiteren Drehung des Werkstücks W um die Werkstückspindelachse 46, bis sich der Punkt P wieder der Schneidenflug bahn SF nähert, und, wie in Fig. 14 dargestellt, die Schneide S1 auf der Schneidenflugbahn SF beginnt in die Umfangsfläche U des Werkstücks einzudringen, wobei sich bei dieser Bewegung die Schneide S1 und der Punkt P gegenläufig zueinander bewegen.
Wie sich aus der Verlaufsdarstellung der Bahn B in Fig. 14 bis 16 ergibt, führt die Schneide S1 einen Schneideingriff SE in das Werkstück W durch, welcher sich bogenförmig um die Werkstückspindelachse 46 über einen Winkelbereich 7 erstreckt, dessen Ausdehnung durch das Eindringen der Schneide S1 in die
Umfangsfläche U des Werkstücks W gemäß Fig. 14 und das Austreten der Schneide S1 aus dem Werkstück W durch die Umfangsfläche U gemäß Fig. 16 definiert ist, wobei sich der Schneideingriff SE von einem sich über den Winkelbereich y erstreckenden Umfangsabschnitt UA der Umfangsfläche U in radialer Richtung zur Werkstückspindelachse 46 bis zu einer ebenfalls um die Werkstückspindelachse 46 konkav gebogen verlaufendem und in dem geringsten Abstand von der Werkstückspindelachse 46 verlaufenden Schneideingriffsgrundbahn SEG erstreckt, welche den Vertiefungsgrund VG der Vertiefungsstruktur V tangiert.
Nach dem Austritt aus dem Werkstück W bewegt sich die Schneide S1 wiederum auf der Schneidenflugbahn SF gemäß den Fig. 17 bis 27 bis in die der Fig. 3 entsprechende Stellung, in welcher sowohl der Punkt P des Werk stücks W als auch die Schneide S1 wieder in derselben Stellung relativ zueinander stehen.
Wie sich aus Fig. 27 ergibt, liegt in dieser Stellung der durch den Schneid eingriff SE mit der Schneide S1 bearbeitete Abschnitt der Vertiefungsstruktur V auf der der Schneide S1 zugewandten Seite des Werkstücks W.
Bei den in Fig. 3 bis Fig. 27 dargestellten Rotationsbewegungen des Werk stücks W mit der Drehzahl NDW und der Schneide S1 auf der Schneidenflug bahn SF mit der Drehzahl NDS hat sich das Werkstück W mit der Drehzahl NDW gedreht, die exakt dem zweifachen der Drehzahl NDS entspricht.
Damit beim nächsten Umlauf der Schneide S1 auf der Schneidenflugbahn SF der Schneideingriffs SE das Werkstück W an nicht genau derselben Stelle erfolgt, sondern ein gegenüber dem Schneideingriff SE um einen Winkel d bezüglich der Werkstückspindelachse 46 versetzter Schneideingriff SE erzeugt wird, dürfen die Drehzahlen NDW und NDS nicht um ein ganzzahliges Viel faches verschieden sein, sondern sie müssen von einem Drehzahlverhältnis, welches sich aus der Anzahl der Schneiden S ergibt, geringfügig abweichen, um in einem Winkel d gegenüber dem jeweils vorausgehenden Schneideingriff
SE jeweils weitere versetzte Schneideingriffe SE in dem Werkstück W zu erzeugen und somit beispielsweise eine um das Werkstück W umlaufende bis zum Vertiefungsgrund VG verlaufende zusammenhängende Vertiefungs struktur V zu erzeugen, die ohne Vorschub in Z-Richtung allerdings einer Nut entspricht. Vorzugsweise werden die Drehzahlen NDW und NDS so gewählt, dass beim Schneideingriff SE und somit beim Herausschneiden des Materials aus dem Werkstück W für das Material des Werkstücks W und das Material der Schneide S1 geeignete Schnittgeschwindigkeiten erzielt werden.
Beispielsweise ist die Drehzahl NDW abhängig von einem Durchmesser des Werkstücks W so gewählt, dass Umfangsgeschwindigkeiten des Werkstücks bei Werten von größer 20 Meter/Minute liegen.
Insbesondere wird beispielsweise die Drehzahl NDW des Werkstücks W so groß gewählt, dass parallel zu der Bearbeitung mit der auf der Schneidenflugbahn SF umlaufenden Schneide S1 auch eine konventionelle Bearbeitung einer Oberfläche des Werkstücks W mit einer stehenden Schneide gemäß einer konventionellen Drehbearbeitung und/oder Bohrbearbeitung durchgeführt werden kann.
Um nun mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine um die Werkstück spindelachse 46 umlaufende zusammenhängende Vertiefungsstrukturen V erzeugen zu können, die beispielsweise gewinde- oder Schnecken- oder schraubenähnlich verlaufen und somit eine erste Verlaufskomponente in Umlaufrichtung um die Werkstückspindelachse 46 und eine zweite Verlaufs komponente in Z-Richtung aufweisen, erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück W und dem rotierenden Werkzeug 96 mit der sich auf der Schneidenflugbahn SF bewegenden Schneide S1 in Z-Richtung, beispielsweise mit einer Vorschubgeschwindigkeit, die dafür Sorge trägt, dass die in diesem Fall das Werkstück W umschlingende Vertiefungsstruktur V nach einer Umschlingung des Werkstücks W mit einem Umschlingungswinkel von 360° die vorgesehene Steigungshöhe SH in Z-Richtung erreicht hat und außerdem durch ausreichend viele Schneideingriffe SE mit einem Winkelversatz d um die
Werkstückspindelachse 46 zueinander erfolgen. Beispielsweise wird eine Vertiefungsstruktur V, bis zum Erreichen eines Umschlingungswinkels von 360° durch 100 oder mehr Schneideingriffe SE gebildet.
Je größer die Zahl der Schneideingriffe SE bis zum Erreichen eines Umschlingungswinkels von 360° gewählt wird, desto geringer ist die sich ausbildende Rauheit des Vertiefungsgrundes VG.
Ferner ist bei einem Vorschub in Z-Richtung zu berücksichtigen, dass, wie in Fig. 28 dargestellt, bei einer möglichst präzisen Bearbeitung der Form der Vertiefungsstruktur V die Schneidenflugbahn SF der Schneide Sl, in einer Ebene SFE verlaufen sollte, die relativ zu einer insbesondere durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse 46 definierten Mittel ebene ME im Bereich des Schneideingriffs SE zur Erzeugung der Vertiefungs struktur V in einem spitzen Winkel e verläuft.
Dies setzt jedoch voraus, dass wie in Fig. 28 dargestellt, durch eine lage geregelte Drehung der Werkzeugspindeleinheit 90 um die A-Achse 102 die Spindelachse 96 der Werkzeugspindeleinheit 90 nicht nur entsprechend dem vorgesehenen Verlauf der Vertiefungsstruktur V, sondern auch unter Berücksichtigung des spitzen Winkels e windschief zur Werkstückspindelachse 46 ausgerichtet wird.
Mit einer Werkzeugmaschine gemäß dem voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel lassen sich somit, Vertiefungsstrukturen V entsprechend üblichen Normgewinden erzeugen und es lassen sich auch neben üblichen Normgewinden, wie beispielsweise in Fig. 29 dargestellt, in die Werkstücke W Vertiefungsstrukturen V einarbeiten, die gewindeähnlich sind, jedoch von üblichen Normgewinden abweichen können.
Derartige Vertiefungsstrukturen V weisen beispielsweise durch die erzeugte Vertiefungsstruktur V getrennte Stege ST auf, die bezogen auf senkrecht zur Werkstückspindelachse 46 verlaufende Referenzebenen E unterschiedliche Profilwinkel a und ß aufweisen und, wie in Fig. 30 erkennbar, eine in einer Richtung längs der Werkstückspindelachse 46 variierende Stegbreite e, wobei gleichzeitig ein Vertiefungsgrund VG beispielsweise bei zunehmender Steg breite e ebenfalls einen zunehmenden Abstand von der Werkstückspindelachse 46 aufweist.
Ferner kann eine Steigungshöhe SH, die den Abstand der Stege ST nach einem Umschlingungswinkel von 360° definiert, ebenfalls variieren.
Die exemplarisch in den Fig. 29 und 30 beschriebenen Variationen der Vertiefungsstruktur V lassen sich einerseits durch geeignete Ausbildung einer Querschnittsform der Schneide S1 in einer durch die Werkstückspindelachse 46 verlaufende Ebene und außerdem eine variierende Zustellung des Werk zeugs 98 in X-Richtung erreichen.
Soll beispielsweise zusätzlich noch die Steigungshöhe SH variieren, so ist auch die windschiefe Ausrichtung der Werkzeugspindelachse 96 relativ zur Werk stückspindelachse 46 durch Drehen der Werkzeugspindeleinheit 90 um die A-Achse während des Vorschubs in Z-Richtung zu variieren.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 31, ist das rotierende Werkzeug 98' mit zwei bezüglich der Werkzeugspindelachse 96 einander gegenüberliegenden Schneiden S1 und S2 versehen.
Bei einem derartigen Werkzeug 98' erfolgt bei, wie in Fig. 32 dargestellt, aufgrund des Vorschubs in Z-Richtung ein Schneideingriff SEI und SE2 alternierend, wobei die Schneidengriffe SEI und SE2 in Umfangsrichtung versetzt zueinander erfolgen, so dass gleichzeitig zwei in Richtung der Werk stückspindelachse 46 und somit auch in Z-Richtung relativ zueinander versetzte jeweils zusammenhängende Vertiefungsstrukturen V entstehen, die beispielsweise ein mehrgängiges Gewinde ergeben, wie in Fig. 32 dargestellt. Damit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einfacher Weise durch Vergrößerung der Zahl der Schneiden S des rotierenden Werk zeugs 98, beispielsweise wie beim Werkzeug 98', gleichzeitig mehrere Vertiefungsstrukturen mit gegebenenfalls definierbaren Konturen hersteilen.
Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bei welchem lediglich ein rotierendes Werkzeug 98 zum Einsatz an einem Werkstück W kommt, besteht auch die Möglichkeit, bei einem dritten Ausführungsbeispiel durch Vorsehen von zwei Werkzeugspindeleinheiten 90 mit zwei rotierenden Werk zeugen 98i und 982 zu arbeiten, wie in Fig. 33 bis 35 dargestellt, wobei in diesem Fall die Werkzeugspindelachsen 96i und 962 in entgegengesetzten Richtungen windschief zur Werkstückspindelachse 46 ausgerichtet sind, wie in Fig. 33 und 35 dargestellt.
Mit den zwei rotierenden Werkzeugen 98i und 982 besteht beispielsweise die Möglichkeit, ein und dieselbe zusammenhängende Vertiefungsstruktur V zu bearbeiten, wobei das erste Werkzeug 98i eine Vorbearbeitung, beispielsweise in der Art eines Schruppens, und das zweite Werkzeug 982 eine Nach bearbeitung, beispielsweise eine Feinbearbeitung in der Art eines Schlichtens, ausführt, wie in Fig. 36 dargestellt.
Alternativ dazu kann das erste Werkzeug 98i ein und dieselbe Vertiefungs struktur V in Richtung der Werkstückspindelachse 46 gesehen primär auf einer Seite bearbeiten und das zweite Werkzeug 982 kann dieselbe Vertiefungs struktur V auf der gegenüberliegenden Seite bearbeiten, so dass sich die Formgebung der Vertiefungsstruktur V variabel gestalten lässt, wie in Fig. 37 dargestellt.
Mit zwei rotierenden Werkzeugen 98i und 982 besteht aber auch die Möglichkeit, dass jeder der rotierenden Werkzeuge 98i und 982 jeweils eine von zwei in Richtung der Werkstückspindelachse aufeinanderfolgend verlaufenden Vertiefungsstrukturen Vi, V2 erzeugt, wie in Fig. 38 dargestellt. Bei einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeug maschine, dargestellt in Fig. 39 bis 41 besteht auch die Möglichkeit, als Werk stück W' ein rohrförmiges Teil einzusetzen, in welchem mit einem rotierenden Werkzeug 98 auf einer Innenseite eine Vertiefungsstruktur V in gleicher Weise wie vorstehend im Zusammenhang mit der Umfangsfläche U des Werkstücks W beschrieben, herstellbar ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Werkzeugmaschine umfassend ein Maschinengestell (10), eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkstückspindeleinheit (40) mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse (46) angetriebenen Werkstückspindel (44), in weicher ein Werkstück (W) um die Spindelachse (46) drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkzeugspindel einheit (90) mit einem mittels eines Werkzeugantriebs um eine Werkzeugspindelachse (96) rotierend angetriebenen Werkzeug (98), wobei die Werkstückspindeleinheit (40) und die Werkzeugspindel einheit (90) mittels einer Maschinensteuerung (120) gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse (46) umlaufenden verlaufenden zusammen hängenden Vertiefungsstruktur (V) an dem Werkstück (W) das rotierende Werkzeug (98) mindestens eine um die Werkzeug spindelachse (96) umlaufende und radial außenliegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide (Sl) aufweist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so, dass diese mit einer zweiten Verlaufskomponente sich in Richtung der Werkstückspindel achse (46) erstreckend verläuft, eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (98) in Z-Richtung (Z) erfolgt.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindelachse (96) des rotierenden Werkzeugs (98) windschief zur Werkstückspindelachse (46) des Werkstücks (W) ausgerichtet ist.
4. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) und die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so gewählt sind, dass die mindestens eine Schneide (Sl) Schneideingriffe (SE) in das Werkstück (W) ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn (SEG) erzeugen, die um die Werkstückspindelachse (46) und in Richtung der Werkstück spindelachse (46) konkav gekrümmt verläuft.
5. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Schneideingriffs grundbahn (SEG) einen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, und vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungs grundes (VG) der Vertiefungsstruktur (V) beträgt.
6. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung einer zusammen hängenden Vertiefungsstruktur (V) die Drehzahl (NDW) des Werk stücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen oder noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) liegt.
7. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der gleichzeitigen Erzeugung von mehreren in Richtung der Werkstückspindelachse (46) aufeinander folgend angeordneten Vertiefungsstrukturen (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen oder noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) und dividiert durch die Zahl der aufeinanderfolgend angeordneten Vertiefungsstrukturen (V) entspricht.
8. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser einer Schneidenflug bahn (SF) des rotierenden Werkzeugs (98) im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen, eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungs grundes (VG) liegt.
9. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines zusammen hängenden Vertiefungsgrundes (VG) bei einer Umschlingung des Werk stücks (W) mit einem Umschlingungswinkel von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50, Schneideingriffe (SE) erfolgen.
10. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Umfangsfläche (U) des Werk stücks (W) und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) eingreifende Schneide (Sl) gegenläufig zueinander bewegen.
11. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Werkzeug (98) mehrere Werkzeugschneiden (S) aufweist.
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Werkzeugschneiden (S) um die Werkzeugspindelachse (96) herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.
13. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidenflugbahn (SF) der mindestens einen Werkzeugschneide (S) des rotierenden Werkzeugs (98) in einer Ebene (SFE) liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse (46) definierten Mittel ebene (ME) der Vertiefungsstruktur (V) im Bereich des Schneiden eingriffs (SE) zur Erzeugung der das Werkstück (W) umschlingenden Vertiefungsstruktur (V) in einem spitzen Winkel (e) ausgerichtet ist.
14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag des spitzen Winkels (e) im Bereich von 0,5° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise 0,5° bis 10° und noch bevorzugter 0,5° bis 5° liegt.
15. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) das rotierende Werkzeug (98) um eine zur Zustellachse (X) parallele Achse (A) relativ zur mit der Werkstückspindelachse (46) zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet ist und mittels der Maschinensteuerung (120) mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (Z) sowie eine Zustellbewegung in Richtung der Zustellachse erfolgt.
16. Werkzeugmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes rotierendes Werkzeug (98i) und ein zweites rotierendes Werkzeug (982) auf das Werkstück (W) zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) einwirken.
17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste rotierende Werkzeug (98i) einen Teilbereich einer Vertiefungsstruktur (V) und das zweite rotierende Werkzeug (982) einen anderen Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur (V) erzeugt.
18. Werkzeugmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste rotierende Werkzeug (98i) eine Vorbearbeitung und das zweite rotierende Werkzeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur (V) ausführt.
19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn zeichnet, dass das erste rotierende Werkzeug (98i) einen in Richtung der Werkstückspindelachse (46) gesehen ersten Seitenbereich und das zweite rotierende Werkzeug (982) einen in Richtung der Werkstück spindelachse (46) neben dem ersten Seitenbereich liegenden zweiten Seitenbereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt.
20. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn zeichnet, dass das erste rotierende Werkzeug (98i) zur Erzeugung einer ersten zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (Vi) und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammen hängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur (Vi) in Richtung der Werkstückspindelachse (46) versetzten Vertiefungsstruktur (V2) auf das Werkstück (W) einwirkt.
21. Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine, umfassend eine Werkstückspindeleinheit (40) mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse (46) angetriebenen Werkstückspindel (44), in welcher ein Werkstück (W) um die Spindelachse (46) drehbar auf genommen ist, und mindestens eine Werkzeugspindeleinheit (90) mit einem mittels eines Werkzeugantriebs um eine Werkzeugspindelachse (96) rotierend angetriebenen Werkzeug (98), wobei die Werkstück spindeleinheit (40) und die Werkzeugspindeleinheit (90) mittels einer Maschinensteuerung (120) gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse (46) umlaufenden Vertiefungsstruktur (V) an dem Werkstück (W) das rotierende Werk zeug (98) mindestens eine um die Werkzeugspindelachse (96) umlaufende und eine radial außenliegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide (Sl) aufweist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so, dass diese sich mit einer zweiten Verlaufskomponente in Richtung der Werkstückspindelachse (46) erstreckend verläuft, eine Relativbewegung zwischen dem Werk stück (W) und dem Werkzeug (98) in Z-Richtung erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindelachse (96) des rotierenden Werkzeugs (98) wind schief zur Werkstückspindelachse (46) des Werkstücks (W) aus gerichtet wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekenn zeichnet, dass die Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) und die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so gewählt werden, dass die mindestens eine Schneide (Sl) Schneideingriffe (SE) in das Werkstück (W) ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn (SEG) erzeugen, die um die Werk stückspindelachse (46) und in Richtung der Werkstückspindelachse (46) konkav gekrümmt verläuft.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekenn zeichnet, dass die Krümmung der konkaven Schneideingriffsgrundbahn (SEG) einen maximalen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache und vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungs grundes (VG) der Vertiefungsstruktur (V) beträgt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, dass bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen und noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) liegt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekenn zeichnet, dass bei der gleichzeitigen Erzeugung von mehreren in Richtung der Werkstückspindelachse (46) aufeinanderfolgend angeordnete Vertiefungsstrukturen (V) die Drehzahl (NDW) des Werk stücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen und noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) dividiert durch die Zahl der aufeinander folgend angeordneten Vertiefungsstrukturen entspricht.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn (SF) des rotierenden Werkzeugs (98) im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen, eines Durch messers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes (VG) liegt.
29. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines zusammen hängenden Vertiefungsgrundes (VG) bei einer Umschlingung des Werk stücks (W) mit einem Umschlingungswinkel von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50, Schneideingriffe (SE) erfolgen.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekenn zeichnet, dass sich eine Umfangsfläche (U) des Werkstücks (W) und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) eingreifende Schneide (Sl) gegenläufig zueinander bewegen.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekenn zeichnet, dass das rotierende Werkzeug (98) mehrere Werkzeug schneiden (S) aufweist.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Werkzeugschneiden (S) um die Werkzeugspindelachse (96) herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Schneidenflugbahn (SF) der mindestens einen Werkzeugschneide (S) des rotierenden Werkzeugs (98) in einer Ebene (SFE) liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse (46) definierten Mittelebene (ME) der Vertiefungsstruktur (V) im Bereich des Schneideneingriffs (SE) zur Erzeugung der das Werkstück (W) umschlingenden Vertiefungsstruktur (V) in einem spitzen Winkel (e) ausgerichtet wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag des spitzen Winkels (e) im Bereich von 0,50° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise 0,5° bis 10° und noch bevorzugter 0,5° bis 5° liegt.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) das rotierende Werkzeug (98) um eine zur Zustellachse (X) parallele Achse (A) relativ zur mit der Werkstückspindelachse (46) zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet wird und mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werk zeug (Z) sowie eine Zustellbewegung in Richtung der X-Achse erfolgt.
36. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes rotierendes Werkzeug (98i) und ein zweites rotierendes Werkzeug (982) auf das Werkstück (W) zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) einwirken.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) ein Teilbereich einer Vertiefungs struktur (V) und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug (982) ein anderer Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur (V) erzeugt wird.
38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) eine Vorbearbeitung und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur (V) ausgeführt wird.
39. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) ein in Richtung der Werk stückspindelachse (46) gesehen erster Seitenbereich und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug (982) ein in Richtung der Werk stückspindelachse (46) neben dem ersten Seitenbereich liegenden zweiter Seitenbereich derselben Vertiefungsstruktur (V) erzeugt wird.
40. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das erste rotierende Werkzeug (98i) zur Erzeugung einer ersten zusammen hängenden Vertiefungsstruktur (Vi) und das zweite rotierende Werk zeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur (Vi) in Richtung der Werkstück spindelachse (46) versetzt angeordneten Vertiefungsstruktur (V2) auf das Werkstück (W) einwirkt.
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