WO1999043459A1

WO1999043459A1 - Rundlaufendes zerspanungswerkzeug

Info

Publication number: WO1999043459A1
Application number: PCT/DE1999/000360
Authority: WO
Inventors: Günter Lang
Original assignee: Lang Guenter
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 1999-09-02
Also published as: AU2921099A; DE19807870C1

Abstract

Ein insbesondere für Präzisionsbearbeitungen mit hoher Drehzahl geeignetes Zerspanungswerkzeug (1) weist einen Werkzeuggrundkörper (2) auf, an dem ein Werkzeug (16) um eine quer zu der Drehachse (5) festgelegte Schwenkachse (23) verstellbar gelagert ist. Zur Verstellung dient eine Verstellvorrichtung, mit der die gewünschte Schwenkposition des Werkzeugs und damit der Flugkreis seiner Schneide (17) in Grenzen einstellbar ist.

Description

Rundlaufendes Zerspanunσswerkzeuα

Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug insbesondere ein rundlaufendes Zerspanungswerkzeug, das eine drehende Arbeitsbewegung ausführt.

Bei der Zerspanung mit rotierenden Werkzeugen, wie bspw. beim Bohren und beim Fräsen, kommen aufgrund zwi- schenzeitlich verfügbarer hochleistungsfähiger Werkstoffe Werkzeuge zum Einsatz, die zum Teil mit äußerst hohen Drehzahlen laufen. Die Werkzeuge müssen diesen Drehzahlen gewachsen sein.

- 1 - Darüber hinaus besteht häufig der Wunsch nach einer hohen Bearbeitungsgenauigkeit und nach einer gewissen Einstellbarkeit des Werkzeugs. Bspw. sind Bohrwerkzeuge in der Regel für einen bestimmten Bohrlochdurchmesser ausgelegt . Für unterschiedliche Bohrlochdurchmesser müssen demzufolge unterschiedliche Werkzeuge vorgehalten werden. Sollen Zwischengrößen gebohrt werden, muss ein entsprechendes neues Bohrwerkzeug angeschafft oder hergestellt werden.

Auch bei anderen Zerspanungsoperationen, bspw. beim Fräsen, beim Ausdrehen usw. wird häufig eine gewisse Verstellbarkeit an dem Zerspanungswerkzeug gefordert.

Vor diesem Hintergrund ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein einstellbares Zerspanungs- werkzeug zu schaffen. Dieses Zerspanungswerkzeug soll möglichst drehzahlfest sein und eine hohe Bearbeitungs- genauigkeit ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit einem Zerspanungswerkzeug gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Das Zerspanungswerkzeug weist einen an der Arbeits- spindel einer Werkzeugmaschine befestigbaren Werkzeuggrundkörper auf . An dem Werkzeuggrundkörper ist das eigentliche Werkzeug um eine Schwenkachse verstellbar gelagert. Durch eine gezielte Verschwenkung des Werkzeugs gelingt es, den Durchmesser des Flugkreises einer oder mehrerer Schneiden des Werkzeugs zu ändern, d.h. einzustellen. Damit können mit dem Zerspanungswerkzeug bspw. unterschiedliche Lochdurchmesser gebohrt oder unterschiedlich breite Nuten gefräst werden.

Es hat sich gezeigt, dass die schwenkbare Lagerung des Werkzeugs an dem Werkzeuggrundkörper eine besonders drehzahlfeste und steife Lagerung des Werkstücks mit einfachsten Mitteln ermöglicht. Dabei genügt es, wenn der Schwenkbereich einige Grad, bspw. 3° oder 5° beträgt. Entsprechend der Länge des Werkzeugs, d.h. Abstands seiner Schneide von der Schwenkachse, ergibt sich ein Verstellbereich, der größer als ein Millimeter sein kann. Damit können bspw. im Durchmesserbereich von 5 bis 13 Millimeter mit in ein oder zwei Millimeterabständen gestuften Zerspanungswerkzeugen beliebige Durchmesser eingestellt werden.

Außerdem bietet die schwenkbare Lagerung des Werkzeugs an dem Grundkörper in Verbindung mit einer Einsteilvorrichtung zur Fixierung einer gewünschten Schwenkposition von vorne herein die Grundlage für eine steife Lagerung des Werkzeugs durch direkte Verbindung zwischen dem Werkzeug und dem Werkzeuggrundkörper und kurze Kraft- flusswege. Damit ist dieser Grundaufbau, insbesondere für hohe Drehzahlen und präzise Bearbeitungsforderungen geeignet .

Das Werkzeug kann ein stabförige ausgebildeter länglicher Stichel sein, der an einem Ende ein oder mehrere Schneidkörper trägt oder an dem Schneiden ausgebildet sind. Die Schneidkörper können aus Hartmetall oder Nichtmetall wie bspw. Diamant oder anderen Stoffen ausge- bildet sein. Es ist sowohl möglich ein oder mehrere bewußt geformte (geschliffene) Schneiden als auch zufällig ausgebildete Schneiden vorzusehen, wie es bei Schleifwerkzeugen der Fall ist. Der stabförmige Stichel ermöglicht die Bearbeitung von Bohrungen und Nuten, wobei der Flugkreisdurchmesser der Schneiden des Stichels durch dessen Verschwenkung einstellbar ist. Der Stichel oder das sonstige Werkzeug ist vorzugsweise mit seiner Längsrichtung im Wesentlichen parallel oder in dem von der EinStellvorrichtung vorgegebenen Winkel zu der Drehachse des Werkzeuggrundkörpers angeordnet. Dabei kann das Werkzeug sowohl so angeordnet sein, dass es sich im Wesentlichen um seine Längsachse dreht, d.h. dass seine Längsachse mit der Drehachse des Werkzeuggrundkörpers

- 3 - zusammenfällt, als auch so, dass es um die Drehachse umläuft. In letzterem Fall weist es einen Radialversatz auf, der bspw. erforderlich ist, um Bohrungen oder Nuten zu bearbeiten, deren Durchmesser bzw. Breite deutlich größer ist als der Durchmesser des Stichels.

Bei einer gegen die Drehachse des Werkzeuggrundkör- pers radial versetzten Anordnung des Stichels wirken an dem Stichel insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen Flieh- kräfte, die eine zusätzliche definierte Anlage des Stichels an der Einstellvorrichtung des Werkzeuggrundkörpers bewirken, die insoweit als Widerlager wirkt. Durch diese Vorspannung ergibt sich letztlich eine sehr steife Lagerung des Stichels oder Werkzeugs.

Das Werkzeug sitzt mit seinem zylindrischen Schaft vorzugsweise in einer Öffnung des Werkzeuggrundkörpers, die den Schaft insoweit ganz umschließt . Die Öffnung kann eine besonders sichere und präzise Lagerung des Werkzeugs (Stichels) bewirken, wenn sie einen Querschnitt aufweist, der eine Verschwenkung des Werkzeugs lediglich in einer Richtung zulässt und das Werkzeug ansonsten führt. Bei einem Stichel mit zylindrischem Schaft ist dies ein ovaler Öffnungsquerschnitt. Die relativ flachen Flanken dieser ovalen Öffnung führen den Schaft seitlich, wenn dieser einen entsprechenden Durchmesser aufweist und in Seitenrichtung spielarm in der Öffnung sitzt.

Die schwenkbare Lagerung des Werkzeugs kann prinzi- piell mit unterschiedlichen Maßnahmen bewerkstelligt werden. Eine einfache und zweckmäßige Lösung ergibt sich durch einen Stift, der quer durch die Öffnung des Werkzeuggrundkörpers geht. Dieser Stift findet vorzugsweise in eine an dem Ende des Schafts des Werkzeugs vorgesehene Nut. Diese Lösung hat den Vorteil, dass das Werkzeug ohne Ausbau des Stifts axial in den Werkzeuggrundkörper eingesetzt und aus diesem herausgenommen werden kann. Soll das Werkzeug an oder in dem Werkzeuggrundkörper verliersicher gehalten werden, ist der Schaft des Werkzeugs vorzugsweise mit einer Querbohrung versehen, durch die der Stift führt .

Der Stift kann eine Befestigung des Werkzeugs an dem

Werkzeuggrundkörper hinsichtlich der Übertragung von Axialkräften (axialen Druckkräften) als auch hinsichtlich der Übertragung von Drehmomenten bewirken. Er kann deshalb zugleich als Sicherungsmittel ausgebildet sein, das die Übertragung zu großer Kräfte und/oder Drehmomente zwischen dem Werkzeug und dem Werkzeuggrundkörper verhindert. Auf einfache Weise kann dies mit wenigstens einer an dem Stift vorgesehenen Sollbruchstelle bewirkt werden. Vorzugsweise weist der Stift zwei zwischen dem Werkzeug und dem Werkzeuggrundkörper angeordnete Sollbruchstellen auf, die bspw. durch Ringnuten gebildet sind. Bei zu großer Last schert der Stift in diesem Bereich ab, so dass der Stichel (das Werkzeug) in dem Werkzeuggrundkörper drehen und sich axial in diesem verschieben kann.

Der Stift kann prinzipiell auf unterschiedliche Weisen an dem Werkzeuggrundkörper befestigt werden. Bspw. kann er in einer entsprechenden Querbohrung im Presssitz gehalten sein. Ist der Stift nicht im Presssitz gehalten, sind Ausführungsformen zweckmäßig, bei denen die Querbohrung wenigstens abschnittsweise mit Innengewinde versehen ist. Der Stift kann selbst einen Gewindekopf aufweisen oder durch Madenschrauben gesichert werden.

Während die seitliche Lagerung des Werkzeugs oder

Stichels quer zur Schwenkrichtung bspw. von der Wandung der Aufnahmebohrung des Werkzeuggrundkörpers übernommen werden kann, dient zur Festlegung der Schwenkposition die Einstellvorrichtung. Die EinStellvorrichtung wird durch wenigstens ein Widerlagerelement gebildet, das ein feste, jedoch verstellbare Anlage für das Werkzeug bildet und dies in einer festgelegten Schwenklage fixiert . Das Widerlagerelement kann durch eine oder mehrere Stell-

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Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindungen sind Gegenstand von Unteransprüchen oder ergeben sich aus der Zeichnung oder der zugehörigen Beschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Zerspanungswerkzeug in längsgeschnittener nicht maßstäblicher Darstellung,

Figur 2 das Zerspanungswerkzeug nach Figur 1, in einer gegen die Darstellung der Figur 1 gedrehten Seitenansicht,

Figur 3 das Zerspanungswerkzeug nach Figur 1, ge- schnitten entlang der Linie III-III in Figur 1, in einem anderen Maßstab,

Figur 4 eine abgewandelte Ausführungsform des Zerspanungswerkzeugs, in einer der Figur 3 entsprechenden Darstellung,

Figur 5 eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Zerspanungswerkzeugs nach Figur 1, in einer der Figur 3 entsprechenden Darstellung

Figur 6 das Zerspanungswerkzeug nach Figur 1, geschnitten entlang einer Linie VI -VI in Figur 1, in einem anderen Maßstab, und

Figur 7 eine abgewandelte Ausführungsform des Zerspanungswerkzeugs in längsgeschnittener nicht maßstäblicher vereinfachter Darstellung.

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mit einem Kopf versehen, der einen größeren Durchmesser aufweist und Außengewinde trägt und mit dem der Stift 21 in der Querbohrung 22 gehalten ist. Diese Ausführungsform hat insbesondere dann Vorteile, wenn der Stift 21 häufi- ger auszuwechseln ist.

Alternativ kann die in Figur 5 veranschaulichte Ausführungsform angewendet werden, bei der beide Bohrungsabschnitte 22a, 22b als mit Innengewinde versehene Stufenbohrungen ausgebildet sind. Der hier verwendete Sicherungsstift ragt mit seinen Enden nur wenig in die größeren Abschnitte der Stufenbohrungen 22a, 22b. Diese können bedarfsweise mit Madenschrauben verschlossen werden.

Schliesslich ist in Figur 7 eine Ausführungsform des Zerspanungswerkzeugs 1 veranschaulicht, bei dem anstelle der Zentralöffnung 7 eine bezüglich der Drehachse 5 exzentrisch angeordnete Öffnung 7' vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Stichel 14 auf einer

Umlaufbahn bezüglich der Drehachse 5 geführt, so dass die Schneidkante 17 einen Flugkreis mit relativ großem Durchmesser festlegt.

Ein insbesondere für Präzisionsbearbeitungen mit hoher Drehzahl geeignetes Zerspanungswerkzeug 1 weist einen Werkzeuggrundkörper 2 auf, an dem ein Werkzeug 14 um eine quer zu der Drehachse 5 festgelegte Schwenkachse 23 verstellbar gelagert ist. Zur Verstellung dient eine Verstellvorrichtung 28, mit der die gewünschte Schwenkposition des Werkzeugs 14 und damit der Flugkreis seiner Schneide 17 in Grenzen einstellbar ist.

13 -

Claims

Patentansprüche :

1. Zerspanungswerkzeug (1), insbesondere für drehende Arbeitsbewegung,

mit einem Werkzeuggrundkörper (2) , der ein Verbindungsmittel (4) zur Verbindung mit einer Werkzeugmaschine aufweist,

mit einem Werkzeug (14) , das an einem Ende wenigstens um einen kleinen Winkel um eine Schwenkachse (23) schwenkbar an dem Werkzeuggrundkörper (2) gelagert ist und das wenigstens eine Schneide (17) aufweist,

mit einer Einsteilvorrichtung (28) , mittels derer die Schwenkposition des Werkzeugs (14) in Bezug auf den Werkzeuggrundkörper (2) festlegbar ist.

2. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (4) zur Verbindung mit einer eine Drehachse (5) definierenden Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine eingerichtet ist und dass das Werkzeug (14) bezüglich der Drehachse (5) dreh- fest mit dem Werkzeuggrundkörper (2) verbunden ist.

3. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (14) ein stabförmig ausgebildeter länglicher Stichel ist, der mit ein oder mehreren Schneidkörpern versehen ist.

4. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (14) mit seiner Längsrichtung parallel oder in dem von der EinStellvorrichtung (28) vorgegebenen Winkel zu der Drehachse (5) angeordnet ist .

- 14 -

5. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (14) einen zylindrischen Schaft (16) aufweist, der wenigstens zu einem Teil in einer Öffnung (7) des Werkzeuggrundkörpers (2) ange- ordnet ist und aus diesem heraus ragt .

6. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (7) wenigstens in dem Bereich, der von dem zylindrischen Schaft (16) eingenom- men wird, einen ovalen Querschnitt aufweist.

7. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in Richtung der Schwenkachse (23) eine mit dem Durchmesser des Schafts (16) übereinstimmende Weite und quer zu der Schwenkachse (23) eine Weite aufweist, die größer ist als der Durchmesser des Schafts.

8. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur schwenkbaren Lagerung des Werkzeugs (14) ein Stift vorgesehen ist, der sich quer durch die Öffnung (7) erstreckt und der mit dem Werkzeug (14) im Eingriff steht.

9. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift wenigstens eine, vorzugsweise zwei Sollbruchstellen aufweist, die vorzugsweise zwischen dem Werkzeug (14) und dem Werkzeuggrundkörper (2) angeordnet sind.

10. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellen in dem Stift (21) vorgesehene Ringnuten sind.

11. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (21) in dem Werkzeuggrund- körper in einer entsprechenden Querbohrung (22) gehalten ist .

- 15 -

12. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift im Presssitz gehalten ist.

13. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrung eine Durchgangs- bohrung ist .

14. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrung (22) wenigstens an einer Seite mit einem Innengewinde zur Aufnahme eines Gewindekopfs eines entsprechenden Stifts oder zur Aufnahme einer Madenschraube zum Verschluß der Querbohrung versehen ist .

15. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (14) an dem den Stift mit einer Aufnahmeoffnung (25) anliegt, die eine Anlagefläche zur axialen Anlage des Werkzeugs (14) an dem Stift (21) und weitere Anlageflächen zur Drehmomentübertragung aufweist.

16. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeoffnung (25) durch eine quer über eine Endfläche des Werkzeugs (14) verlaufende Nut (25) gebildet ist.

17. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeoffnung durch eine Querbohrung gebildet ist, die durch den Schaft führt.

18. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsteilvorrichtung (28) wenigstens ein in Radialrichtung verstellbares Widerlagerelement (31, 32) aufweist, das das Werkzeug gegen den Werkzeuggrundkörper (2) abstützt.

- 16

19. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Widerlagerelement wenigstens eine Stellschraube gehört.

20. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellschraube eine Madenschraube ist, deren Stirnfläche mit dem Werkzeug (14) in Anlage überführbar ist .

21. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Werkzeuggrundkörper (2) zwei einander gegenüberliegend angeordnete Madenschrauben (31, 32) angeordnet sind, die zwischeneinander das Werkzeug aufnehmen.

22. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Madenschrauben miteinander fluchtend in einer Radialrichtung angeordnet sind, die zu der Schwenkachse (23) rechtwinklig ausgerichtet ist.

23. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkzeuggrundkörper (2) wenigstens ein Auswuchtgewicht (43) vorgesehen ist.

24. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkzeuggrundkörper (2) wenigstens zwei Auswuchtgewichte (43, 44) vorgesehen sind.

25. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswuchtgewicht (43, 44) in Radialrichtung verstellbar gehalten ist.

26. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtgewichte (43, 44) in einer Richtung verstellbar gelagert sind, die quer zu der Schwenkachse (23) ausgerichtet ist.

- 17 -

27. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtgewichte (43, 44) in einem von 180° verschiedenen Winkel zueinander angeordnet sind.

28. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswuchtgewicht (43) durch eine Stellschraube gebildet ist, die vorzugsweise durch ein Sicherungsmittel (46) unverlierbar gehalten in einer Gewindbohrung des Werkzeuggrundkörpers (2) sitzt.