WO2007096336A1 - Vorrichtung und verfahren zum spanabhebenden herstellen einer kalottenförmigen ausnehmung in einem werkstück - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum spanabhebenden herstellen einer kalottenförmigen ausnehmung in einem werkstück Download PDF

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WO2007096336A1
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axis
workpiece
cutting
shaped recess
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Alexander Vincon
Wolfgang Wechler
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Continental Automotive Gmbh
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    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23C—MILLING
    • B23C2260/00—Details of constructional elements
    • B23C2260/08—Bearings

Definitions

  • the invention relates to a device for machining a dome-shaped recess in a workpiece and a method for operating such a device.
  • Kalottenformige recesses can be used for example in camps, the kalottenformige recess can serve as a guide surface for a corresponding spherical counter element. Such dome-shaped recesses often require a high degree of form and surface accuracy. In addition, due to the dynamic forces frequently occurring in such bearings a high load capacity and long life, in particular the kalottenformigen recess is sought.
  • Dome-shaped recesses can be produced, for example, by known machining methods such as turning, frontal or circumferential milling or by grinding.
  • the object of the invention is to provide a device for machining a dome-shaped recess in a work piece and a method for operating such a device with which a geometrically precise dome-shaped recess can be provided in a work piece.
  • the invention is characterized by a device for machining a dome-shaped recess in a workpiece which has a Has workpiece Stachse, which is the central axis of the produced kalottenformigen recess, with a clamping device, in which the workpiece is clamped, and a cutting tool, which is mounted for rotation about a tool axis drivable.
  • the Maschinenstuckachse and the tool axis are inclined to each other in such a way that a central region of the tool about the tool axis at a free axial end portion of the tool in the intended manufacturing out of engagement with the workpiece, and the clamping device is mounted to rotate about the Maschinenstuckachse driven ,
  • the Werkstuckachse forms an angle of about 90 ° with the tool axis. This makes it possible to achieve a very uniform cutting speed over the entire area of the dome-shaped recess to be machined.
  • the cutting tool is a milling tool. Milling tools make it possible to produce a dome-shaped recess quickly and thus cost-effectively.
  • the cutting tool is a grinding tool.
  • Abrasive tools enable the production of a dome-shaped recess with a high surface finish.
  • the invention is characterized by a method for operating a device for machining a dome-shaped recess in a workpiece, wherein the material of the workpiece is removed by means of the cutting tool, wherein the cutting tool is driven to rotate about the tool axis, and the workpiece is driven in rotation around the workpiece stub axle. It can thus be achieved that there is a sufficiently high cutting speed in the entire area to be machined.
  • the invention is characterized by a tool for machining, in particular kalottenformigen recesses in a workpiece, with a tool shank, a rotationally symmetrical, fixed to the tool shaft coupled tool head with a tool axis forming the axis of symmetry, wherein the tool head is formed in that the cross-sectional profile in a cutting plane in which the tool axis lies is on one side of the tool axis a portion of a circle, the center of the circle being spaced from the tool axis.
  • the center of the circle and the portion of the circle are arranged on opposite sides of the tool axis in the cutting tool. This has the advantage that a processing zone on the workpiece can be very narrow and thus a gleichschreibige cutting speed in the dome-shaped recess can be achieved.
  • the center of the circle and the portion of the circle are arranged on the same side of the tool axis in the cutting tool. This has the advantage that a more stable execution of the tool can be achieved, since the tool shank can preferably be made in a larger shank strength.
  • PHg the cutting tool is a Fraswerkmaschine. Milling tools enable a quick and cost-effective machining of a dome-shaped recess.
  • the cutting tool is a grinding tool.
  • Abrasive tools make it possible to produce a dome-shaped recess with a high surface finish.
  • FIG. 2 a detail of the device for machining a dome-shaped recess in a workpiece in a longitudinal section
  • FIG. 3 shows a detail of the device for machining a dome-shaped recess in a workpiece in a cross-sectional illustration in the direction of the line III-III of FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a further detail of the device for machining a dome-shaped recess in a workpiece in a longitudinal section
  • FIG. 5 shows a detail of the workpiece with a calotte-shaped recess
  • FIG. 6a shows a detail of a first embodiment of a tool for machining in a longitudinal section
  • FIG. 6b a detail of a further embodiment of the tool for machining
  • FIG. 7 shows a profile of a cutting speed V 1 of the tool in the dome-shaped recess to be produced as a function of the distance d to the work-piece axis Al,
  • FIG. 8 shows a profile of a cutting speed V2 produced by the workpiece in the dome-shaped recess to be produced as a function of the distance d from the workpiece stub axis Al, and
  • FIG. 9 shows a profile of the cutting speed V3 of the tool in the dome-shaped recess to be produced as a function of the distance d to the work-piece axis Al with the tool tilted, and the cutting speed V4 as a superposition of the cutting speeds V2 and V3.
  • FIG. 1 shows schematically a device for machining a dome-shaped recess 14 in a workpiece 10.
  • the workpiece 10 is introduced into a clamping device 2.
  • the clamping device 2 for the workpiece 10 is coupled to a drive 4 for the workpiece 10 such that the workpiece 10 is driven to rotate about a workpiece axis Al can be.
  • the work piece axis Al forms the central axis of the dome-shaped recess 14 to be produced.
  • the device for machining a dome-shaped recess 14 in a workpiece 10 further has a cutting tool 12 which is clamped in a clamping device 6 for the tool 12.
  • the clamping device 6 for the tool 12 is coupled to a drive 8 for the tool 12 such that the tool 12 can be driven to rotate about a tool axis A2.
  • the cutting tool 12 is preferably a milling tool or a grinding tool.
  • the tool 12 consists of a tool head 20 and a tool shank 22, wherein the tool shank 22 serves for clamping the tool 12 into the clamping device 6 for the tool 12.
  • the tool head 20 serves to remove material from the workpiece 10 in a chip removing manner.
  • FIG. 1 shows a state in which the tool 12 is disengaged from the workpiece 10, ie. H. For example, after the completion of the method shown below for machining the kalottenformigen recess 14 in the workpiece 10th
  • Figures 2 to 4 show detailed views of the apparatus for machining the kalottenformigen recess 14 in the workpiece 10, with only the workpiece 10 and the tool 12 are shown for clarity.
  • the Werkstuckachse Al and the tool axis A2 close an angle of about 90 ° ( Figure 2) or, if the tool axis A2 is inclined by an inclination angle ⁇ , an angle of 90 ° + ⁇ ( Figure 4) with each other, wherein the inclination angle ⁇ can take both positive and negative values.
  • the tool head 20 is fixedly coupled to the tool shank 22 and the tool axis A2 forms an axis of symmetry of the tool Tool head 20.
  • the tool head 20 forms a rotationally symmetrical body with the axis of symmetry A2.
  • the cross-sectional profile of the tool head 20 is a circle with a radius Rl (FIG. 3).
  • the cross-sectional profile of the tool head 20 is in a sectional plane in which the tool axis A2, on one side of the tool axis A2, a circular section 26 of a circle with a radius R2, the center M of the tool axis A2 is spaced.
  • the tool head 20 is a rotational body which is formed by rotation of the circular portion 26 about the tool axis A2.
  • the center M of the circular section 26 lies in the embodiment of the tool head 20 shown in FIGS. 2 and 6a relative to the circular section 26 beyond the tool axis A2. This means that the tool head 20 forms a tip 28 at its free axial end region.
  • the center M of the circular section 26 lies on the same side as the circular section 26 itself.
  • the Maschinenstuckachse Al and the tool axis A2 are inclined to each other so that a central region 16 of the tool 12 about the tool axis A2 in the free axial end portion of the tool 12 during manufacture of the kalottenformi- recess 14 out of engagement with the workpiece 10 is.
  • the central region 16 is a plane rotationally symmetrical relative to the tool axis A2 on the surface of the tool head 20 in the free axial end region of the tool head 20, which is arranged at least directly around the tool axis A2.
  • the central area 16 defines the area on the
  • a spaced from the tool axis A2 surface area 18 of the tool 12 is partially in the manufacture of the kalottenformigen recess 14 with the workpiece 10 into engagement.
  • the surface area 18 of the tool 12, which is spaced apart from the tool axis A2, is preferably adjacent to the central area 16 and contributes to the production of the dome-shaped recess 14.
  • the central region 16 should be designed such that sufficiently high cutting speeds for producing the dome-shaped recess 14 are achieved, taking into account the maximum service life of the tool 12 to be achieved in the surface area 18 of the tool 12 spaced from the tool axis A2.
  • the cutting tool 12 rotates about the tool axis A2 and the workpiece 10 about the workpiece axis Al.
  • material of the workpiece 10 is removed by means of the cutting tool 12, namely, as can be seen in FIG. 5, at a specific position of the tool 12 relative to the workpiece 10 in a machining zone 24 of the dome-shaped recess 14 to be produced of the workpiece 10 about the workpiece axis Al, the processing zone 24 gradually passes over the entire area of the dome-shaped recess 14 to be produced, as a result of which the dome-shaped recess 14 is formed.
  • FIG. 7 shows a course of a cutting speed V 1 of the tool 12 in FIG the dome-shaped recess to be produced as a function of the distance d to the work piece axis Al shown.
  • the cutting speed Vl of the cutting tool 12 near the work-piece axis Al reaches its maximum value and then decreases more and more strongly towards the edge of the dome-shaped recess 14 to be produced.
  • FIG. 8 shows a profile of a cutting speed V2 produced by the workpiece in the dome-shaped recess to be produced as a function of the distance d from the workpiece stub axis Al.
  • the caused by the workpiece 10 cutting speed V2 has a linear course and is its magnitude at the edges of the produced kalottenformigen recess 14 largest and equal to zero in the area of the work piece axis Al.
  • the cutting tool 12 is inclined by an angle of inclination ⁇ , so that the work-piece axis Al and the tool axis A2 enclose an angle of 90 ° + ⁇ (FIG. 4), it being noted that the central region 16 of the tool 12 surrounds the tool axis A2 the free axial end portion of the tool 12 remains out of engagement with the workpiece 10, so a furthereffectschreibist the cutting speed can be achieved.
  • the inclination of the tool 12 alters the profile of a cutting speed V3 of the inclined tool 12, whereby the maximum of the cutting speed V3 of the inclined tool 12 is no longer reached in the area of the work piece axis A1, but deviating therefrom ,
  • a tool according to FIG. 6A is preferably used in which the center point M of the circular section 26 lies on the side of the tool axis A2 opposite the circular section 26.
  • This has the advantage that a very narrow processing zone 24 (FIG. 5) and thus a uniform cutting speed in the area of the dome-shaped recess 14 can be achieved.
  • the tool shank 22 can be preferably carried out in a greater shaft strength.
  • an embodiment of the tool is advantageous in which the center M of the circular section 26 is located on the tool axis A2, d. H. that the tool head 20 forms a ball. This represents a particularly easy-to-manufacture form of the tool head 20.
  • the method for machining the dome-shaped recess 14 in a workpiece 10 can be carried out particularly advantageously if the cutting tool is a milling tool.
  • the cutting tool is a milling tool.
  • a high surface quality of the produced kalottenformigen recess 14 can be achieved.
  • a long service life of the tool 12 can be expected.
  • a milling tool a particularly time-saving and thus cost-saving production of kalottenformigen recess 14 in the workpiece 10 possible.
  • the cutting tool 12 is a grinding tool, a particularly high surface quality and a particularly good symmetry of the dome-shaped recess 14 to be produced can be achieved. In addition, a long service life of the tool 12 can be expected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenförmigen Ausnehmung (14) in einem Werkstück (10), das eine Werkstückachse (A1) aufweist, die die Zentralachse der herzustellenden kalottenförmigen Ausnehmung (14) ist, mit einer Einspannvorrichtung (2), in die das Werkstück (10) einspannbar ist, und einem spanabhebenden Werkzeug (12), das um eine Werkzeugachse (A2) rotierend antreibbar gelagert ist. Die Werkstückachse (A1) und die Werkzeugachse (A2) sind zueinander geneigt und zwar derart, dass ein Zentralbereich (16) des Werkzeugs (12) um die Werkzeugachse (A2) an einem freien axialen Endbereich des Werkzeugs (12) bei dem bestimmungsgemäßen Herstellen außer Eingriff mit dem Werkstück (10) ist, und die Einspannvorrichtung um die Werkstückachse (A1) rotierend antreibbar gelagert ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung .
Kalottenformige Ausnehmungen können beispielsweise in Lagern eingesetzt werden, wobei die kalottenformige Ausnehmung etwa als Fuhrungsflache für ein entsprechendes kugelförmiges Gegenelement dienen kann. Bei derartigen kalottenformige Aus- nehmungen ist häufig eine hohe Form- und Oberflachengenauigkeit erforderlich. Außerdem wird aufgrund der in solchen Lagern häufig auftretenden dynamischen Kräfte eine hohe Belastbarkeit und lange Lebensdauer insbesondere der kalottenformigen Ausnehmung angestrebt.
Kalottenformige Ausnehmungen können beispielsweise durch bekannte spanabhebende Verfahren wie Drehen, Stirn- oder Um- fangsfrasen oder durch Schleifen hergestellt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung zu schaffen, mit der bzw. mit dem eine geometrisch präzise kalottenformige Ausnehmung in einem Werk- stuck bereitgestellt werden kann.
Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck, das eine Werkstuckachse aufweist, die die Zentralachse der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung ist, mit einer Einspannvorrichtung, in die das Werkstuck einspannbar ist, und einem spanabhebenden Werkzeug, das um eine Werkzeugachse rotierend antreibbar gelagert ist. Die Werkstuckachse und die Werkzeugachse sind zueinander geneigt und zwar derart, dass ein Zentralbereich des Werkzeugs um die Werkzeugachse an einem freien axialen Endbereich des Werkzeugs bei dem bestimmungsgemaßen Herstellen außer Eingriff mit dem Werkstuck ist, und die Ein- spannvorrichtung um die Werkstuckachse rotierend antreibbar gelagert ist.
Es ist so möglich, im gesamten für die Herstellung der kalottenformigen Ausnehmung zu bearbeitenden Bereich eine ausrei- chend hohe Schnittgeschwindigkeit zu erreichen. Damit kann eine gute Oberflachenqualitat der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung erreicht werden. Weiter kann eine erhöhte Standzeit des eingesetzten spanabhebenden Werkzeugs erreicht werden. Demzufolge ist es möglich, dass auch die Kosten für das Werkzeug gering ausfallen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt die Werkstuckachse mit der Werkzeugachse einen Winkel von etwa 90° ein. Damit ist eine sehr gleichmaßige Schnittgeschwin- digkeit über den gesamten zu bearbeitenden Bereich der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung erreichbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist das spanabhebende Werkzeug ein Fraswerkzeug . Fraswerkzeu- ge ermöglichen eine schnelle und damit kostengünstige spanabhebende Herstellung einer kalottenformigen Ausnehmung.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das spanabhebende Werkzeug ein Schleifwerkzeug. Schleif- Werkzeuge ermöglichen die Herstellung einer kalottenformigen Ausnehmung mit hoher Oberflachengute. Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck, bei dem Material des Werkstucks mittels des spanabhebenden Werkzeugs abgetragen wird, wobei das spanabhebende Werkzeug um die Werkzeugachse rotierend angetrieben wird, und das Werkstuck um die Werkstuckachse rotierend angetrieben wird. Damit kann erreicht werden, dass im gesamten zu bearbeitenden Bereich eine ausreichend hohe Schnittgeschwin- digkeit besteht.
Gemäß eines dritten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere von kalottenformigen Ausnehmungen in einem Werkstuck, mit einem Werkzeugschaft, einem rotationssymmetrischen, fest mit dem Werkzeugschaft gekoppelten Werkzeugkopf mit einer die Symmetrieachse bildenden Werkzeugachse, wobei der Werkzeugkopf so ausgebildet ist, dass das Querschnittsprofil in einer Schnittebene, in der die Werkzeugachse liegt, auf einer Seite der Werkzeugachse ein Abschnitt eines Kreises ist, wobei der Mittelpunkt der Kreises von der Werkzeugachse beabstandet ist.
Damit kann erreicht werden, dass mit dem Werkzeug ein Werk- stuck bereichsweise mit hohen Schnittgeschwindigkeiten bearbeitet werden kann. Dies gilt insbesondere für Werkstucke, in denen eine kalottenformige Ausnehmung hergestellt werden soll.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind bei dem spanabhebenden Werkzeug der Mittelpunkt des Kreises und der Abschnitt des Kreises auf gegenüberliegenden Seiten der Werkzeugachse angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Bearbeitungszone auf dem Werkstuck sehr schmal sein kann und damit eine gleichmaßige Schnittgeschwindigkeit im Bereich der kalottenformigen Ausnehmung erreicht werden kann. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind bei dem spanabhebenden Werkzeug der Mittelpunkt des Kreises und der Abschnitt des Kreises auf der gleichen Seite der Werkzeugachse angeordnet. Dies hat den Vor- teil, dass eine stabilere Ausfuhrung des Werkzeugs erreichbar ist, da der Werkzeugschaft vorzugsweise in einer größeren Schaftstarke ausgeführt werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfin- düng ist das spanabhebende Werkzeug ein Fraswerkzeug . Fras- werkzeuge ermöglichen eine schnelle und kostengünstige spanabhebende Herstellung einer kalottenformigen Ausnehmung.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das spanabhebende Werkzeug ein Schleifwerkzeug. Schleifwerkzeuge ermöglichen die Herstellung einer kalottenformigen Ausnehmung mit hoher Oberflachengute.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck,
Figur 2 einen Ausschnitt aus der Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck in einem Längsschnitt,
Figur 3 einen Ausschnitt aus der Vorrichtung zum spanabheben- den Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck in einer Querschnittsdarstellung in Richtung der Linie III-III der Figur 2,
Figur 4 einen weiteren Ausschnitt aus der Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung in einem Werkstuck in einem Längsschnitt, Figur 5 einen Ausschnitt aus dem Werkstuck mit einer kalot- tenformigen Ausnehmung,
Figur 6a einen Ausschnitt aus einer ersten Ausfuhrungsform eines Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung in einem Längsschnitt,
Figur 6b einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausfuhrungsform des Werkzeugs zur spanabhebenden Bearbeitung,
Figur 7 einen Verlauf einer durch das Werkzeug hervorgerufenen Schnittgeschwindigkeit Vl des Werkzeugs in der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung in Abhängigkeit von der Entfernung d zu der Werkstuckachse Al,
Figur 8 einen Verlauf einer durch das Werkstuck hervorgerufenen Schnittgeschwindigkeit V2 in der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung in Abhängigkeit von der Entfernung d zu der Werkstuckachse Al, und
Figur 9 einen Verlauf der durch das Werkzeug hervorgerufenen Schnittgeschwindigkeit V3 des Werkzeugs in der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung in Abhängigkeit von der Entfernung d zur Werkstuckachse Al bei geneigtem Werkzeug und die Schnittgeschwindigkeit V4 als Überlagerung der Schnittgeschwindigkeiten V2 und V3.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- ubergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung 14 in einem Werkstuck 10.
Das Werkstuck 10 ist in eine Einspannvorrichtung 2 eingebracht. Die Einspannvorrichtung 2 für das Werkstuck 10 ist so mit einem Antrieb 4 für das Werkstuck 10 gekoppelt, dass das Werkstuck 10 um eine Werkstuckachse Al rotierend angetrieben werden kann. Die Werkstuckachse Al bildet die Zentralachse der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14.
Die Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalotten- formigen Ausnehmung 14 in einem Werkstuck 10 weist weiter ein spanabhebendes Werkzeug 12 auf, das in einer Einspannvorrichtung 6 für das Werkzeug 12 eingespannt ist. Die Einspannvorrichtung 6 für das Werkzeug 12 ist so mit einem Antrieb 8 für das Werkzeug 12 gekoppelt, dass das Werkzeug 12 um eine Werk- zeugachse A2 rotierend angetrieben werden kann.
Das spanabhebende Werkzeug 12 ist vorzugsweise ein Fraswerk- zeug oder ein Schleifwerkzeug. Das Werkzeug 12 besteht aus einem Werkzeugkopf 20 und einem Werkzeugschaft 22, wobei der Werkzeugschaft 22 zum Einspannen des Werkzeugs 12 in die Einspannvorrichtung 6 für das Werkzeug 12 dient. Der Werkzeugkopf 20 dient dazu, Material von dem Werkstuck 10 in spanabhebender Weise abzutragen. In Figur 1 ist ein Zustand dargestellt, in dem das Werkzeug 12 außer Eingriff mit dem Werk- stuck 10 ist, d. h. beispielsweise nach dem Abschluss des weiter unten dargestellten Verfahrens zur spanabhebenden Herstellung der kalottenformigen Ausnehmung 14 in dem Werkstuck 10.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen Ausschnittsdarstellungen der Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen der kalottenformigen Ausnehmung 14 in dem Werkstuck 10, wobei zur besseren Übersichtlichkeit nur das Werkstuck 10 und das Werkzeug 12 gezeigt sind.
Die Werkstuckachse Al und die Werkzeugachse A2 schließen einen Winkel von etwa 90° (Figur 2) bzw., falls die Werkzeugachse A2 um einen Neigungswinkel α geneigt ist, einen Winkel von 90°+α (Figur 4) miteinander ein, wobei der Neigungswinkel α sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann.
Der Werkzeugkopf 20 ist fest mit dem Werkzeugschaft 22 gekoppelt und die Werkzeugachse A2 bildet eine Symmetrieachse des Werkzeugkopfs 20. Der Werkzeugkopf 20 bildet einen rotationssymmetrischen Korper mit der Symmetrieachse A2. In einer Schnittebene III-III, in der die Werkstuckachse Al liegt, ist das Querschnittsprofil des Werkzeugkopfs 20 ein Kreis mit ei- nem Radius Rl (Figur 3) .
Wie in den Figuren 2 sowie 6a und 6b dargestellt, ist das Querschnittsprofil des Werkzeugkopfs 20 in einer Schnittebene, in der die Werkzeugachse A2 liegt, auf einer Seite der Werkzeugachse A2 ein Kreisabschnitt 26 eines Kreises mit einem Radius R2 , dessen Mittelpunkt M von der Werkzeugachse A2 beabstandet ist. Dies bedeutet, dass der Werkzeugkopf 20 ein Rotationskörper ist, der durch Rotation des Kreisabschnitts 26 um die Werkzeugachse A2 gebildet wird. Der Mittelpunkt M des Kreisabschnitts 26 liegt in der in den Figuren 2 und 6a gezeigten Ausfuhrungsform des Werkzeugkopfs 20 relativ zum Kreisabschnitt 26 jenseits der Werkzeugachse A2. Dies bedeutet, dass der Werkzeugkopf 20 an seinem freien axialen Endbereich eine Spitze 28 ausbildet.
In einer weiteren in Figur 6b dargestellten Ausfuhrungsform des Werkzeugkopfs 20 liegt der Mittelpunkt M des Kreisabschnitts 26 auf der gleichen Seite wie der Kreisabschnitt 26 selbst .
Die Werkstuckachse Al und die Werkzeugachse A2 sind so zueinander geneigt, dass ein Zentralbereich 16 des Werkzeugs 12 um die Werkzeugachse A2 in dem freien axialen Endbereich des Werkzeugs 12 auch wahrend des Herstellens der kalottenformi- gen Ausnehmung 14 außer Eingriff mit dem Werkstuck 10 ist.
Der Zentralbereich 16 ist eine bezuglich der Werkzeugachse A2 rotationssymmetrische Flache auf der Oberflache des Werkzeugkopfs 20 in dem freien axialen Endbereich des Werkzeugkopfs 20, die zumindest unmittelbar um die Werkzeugachse A2 herum angeordnet. Der Zentralbereich 16 legt den Bereich auf der
Oberflache des Werkzeugkopfs 20 fest, der nicht zur Herstellung der kalottenformigen Ausnehmung 14 beitragt, da in einem Bereich nahe der Werkzeugachse A2 nur geringe Schnittge- schwindigkeiten zur Herstellung der kalottenformigen Ausnehmung 14 erreicht werden und die Schnittgeschwindigkeit an der Werkzeugachse A2 selbst gleich null ist.
Ein von der Werkzeugachse A2 beabstandeter Oberflachenbereich 18 des Werkzeugs 12 ist wahrend des Hersteilens der kalottenformigen Ausnehmung 14 bereichsweise mit dem Werkstuck 10 in Eingriff. Der von der Werkzeugachse A2 beabstandete Oberflachenbereich 18 des Werkzeugs 12 ist vorzugsweise zu dem Zent- ralbereich 16 benachbart und tragt zur Herstellung der kalottenformigen Ausnehmung 14 bei. Der Zentralbereich 16 sollte so ausgebildet sein, dass unter Berücksichtigung der zu erreichenden möglichst hohen Lebensdauer des Werkzeugs 12 in dem von der Werkzeugachse A2 beabstandeten Oberflachenbereich 18 des Werkzeugs 12 ausreichend hohe Schnittgeschwindigkeiten zur Herstellung der kalottenformigen Ausnehmung 14 erreicht werden .
Im Folgenden soll das Verfahren zum Betreiben einer Vorrich- tung zum spanabhebenden Herstellen der kalottenformigen Ausnehmung 14 in dem Werkstuck 10 detailliert dargestellt werden :
Wie in den Figuren 2 bis 4 gezeigt, rotiert das spanabhebende Werkzeug 12 um die Werkzeugachse A2 und das Werkstuck 10 um die Werkstuckachse Al. Dabei wird mittels des spanabhebenden Werkzeugs 12 Material des Werkstucks 10 abgetragen, und zwar, wie in Figur 5 zu sehen ist, bei einer bestimmten Stellung des Werkzeugs 12 relativ zum Werkstuck 10 in einer Bearbei- tungszone 24 der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14. Durch die Rotation des Werkstucks 10 um die Werkstuckachse Al überstreicht die Bearbeitungszone 24 nach und nach den gesamten Bereich der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14, wodurch die kalottenformige Ausnehmung 14 ausgebil- det wird.
In Figur 7 ist ein Verlauf einer durch das Werkzeug 12 hervorgerufenen Schnittgeschwindigkeit Vl des Werkzeugs 12 in der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung in Abhängigkeit von der Entfernung d zu der Werkstuckachse Al gezeigt. Wie darin zu sehen ist, erreicht die Schnittgeschwindigkeit Vl des spanabhebenden Werkzeugs 12 nahe der Werkstuckachse Al ihren größten Wert und nimmt dann zum Rand der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14 immer starker ab.
In Figur 8 ist ein Verlauf einer durch das Werkstuck hervorgerufenen Schnittgeschwindigkeit V2 in der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung in Abhängigkeit von der Entfernung d zu der Werkstuckachse Al gezeigt. Die durch das Werkstuck 10 hervorgerufene Schnittgeschwindigkeit V2 hat einen linearen Verlauf und ist ihrem Betrag nach an den Randern der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14 am größten und im Bereich der Werkstuckachse Al gleich Null.
Wird das spanabhebende Werkzeug 12 um einen Neigungswinkel α geneigt, so dass die Werkstuckachse Al und die Werkzeugachse A2 einen Winkel 90°+α miteinander einschließen (Figur 4), wobei zu beachten ist, dass der Zentralbereich 16 des Werkzeugs 12 um die Werkzeugachse A2 an dem freien axialen Endbereich des Werkzeugs 12 außer Eingriff mit dem Werkstuck 10 bleibt, so kann eine weitere Vergleichmaßigung der Schnittgeschwindigkeit erreicht werden. Wie in Figur 9 zu sehen ist, ändert sich durch das Neigen des Werkzeugs 12 der Verlauf einer Schnittgeschwindigkeit V3 des geneigten Werkzeugs 12, wodurch das Maximum der Schnittgeschwindigkeit V3 des geneigten Werkzeugs 12 nicht mehr im Bereich der Werkstuckachse Al, sondern von dieser abweichend erreicht wird.
Durch Superposition der Schnittgeschwindigkeit V3 des geneigten Werkzeugs 12 mit der Schnittgeschwindigkeit V2 des Werkstucks 10 ergibt sich eine effektive Schnittgeschwindigkeit V4 , wie sie ebenfalls in Figur 9 aufgetragen ist. Durch die Rotation des Werkstucks 10 bei gleichzeitiger Rotation des Werkzeugs 12 wird erreicht, dass die effektive Schnittgeschwindigkeit V4 einen gleichmaßigeren Verlauf im Bereich der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14 annimmt als bei alleiniger Rotation des Werkzeugs 12. Es kann so über den gesamten zu bearbeitenden Bereich eine ausreichend hohe und gleichmaßige Schnittgeschwindigkeit V4 erreicht werden. Das Maximum der effektiven Schnittgeschwindigkeit V4 liegt nun im Bereich der Werkstuckachse Al .
Bevorzugt wird für das Verfahren zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenformigen Ausnehmung 14 in einem Werkstuck 10 ein Werkzeug nach Figur 6A eingesetzt, bei dem der Mittel- punkt M des Kreisabschnitts 26 auf der dem Kreisabschnitt 26 gegenüberliegenden Seite der Werkzeugachse A2 liegt. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr schmale Bearbeitungszone 24 (Figur 5) und damit eine gleichmaßige Schnittgeschwindigkeit im Bereich der kalottenformigen Ausnehmung 14 erreicht werden kann.
Ein Werkzeug 12 mit einem Werkzeugkopf 20, bei dem der Mittelpunkt M des Kreisabschnitts 26 auf der gleichen Seite der Werkzeugachse A2 wie der Kreisabschnitt 26 liegt, wird bevor- zugt für kleinere Werkstucke 10 und kleine Radien der kalottenformigen Ausnehmung 14 eingesetzt. Damit ist eine stabilere Ausfuhrung des Werkzeugs 12 erreichbar, da der Werkzeugschaft 22 vorzugsweise in einer größeren Schaftstarke ausgeführt werden kann.
Darüber hinaus ist eine Ausfuhrungsform des Werkzeugs vorteilhaft, bei der der Mittelpunkt M des Kreisabschnitts 26 auf der Werkzeugachse A2 liegt, d. h. dass der Werkzeugkopf 20 eine Kugel bildet. Dies stellt eine besonders einfach her- stellbare Form des Werkzeugkopfs 20 dar.
Das Verfahren zum spanabhebenden Herstellen der kalottenformigen Ausnehmung 14 in einem Werkstuck 10 kann besonders vorteilhaft ausgeführt werden, wenn das spanabhebende Werkzeug ein Fraswerkzeug ist. Damit kann eine hohe Oberflachengute der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14 erreicht werden. Des Weiteren kann eine hohe Standzeit des Werkzeugs 12 erwartet werden. Darüber hinaus ist mit einem Fraswerkzeug eine besonders zeit- und damit kostensparende Herstellung der kalottenformigen Ausnehmung 14 in dem Werkstuck 10 möglich.
Ist das spanabhebende Werkzeug 12 ein Schleifwerkzeug, so kann eine besonders hohe Oberflachengute und eine besonders gute Symmetrie der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung 14 erreicht werden. Darüber hinaus kann eine hohe Standzeit des Werkzeugs 12 erwartet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen einer kalotten- formigen Ausnehmung (14) in einem Werkstuck (10), das eine Werkstuckachse (Al) aufweist, die die Zentralachse der herzustellenden kalottenformigen Ausnehmung (14) ist, mit
- einer Einspannvorrichtung (2), in die das Werkstuck (10) einspannbar ist, und
- einem spanabhebenden Werkzeug (12), das um eine Werkzeug- achse (A2) rotierend antreibbar gelagert ist, wobei die Werkstuckachse (Al) und die Werkzeugachse (A2) zueinander geneigt sind und zwar derart, dass ein Zentralbereich (16) des Werkzeugs (12) um die Werkzeugachse (A2) an einem freien axialen Endbereich des Werkzeugs (12) bei dem bestimmungsgemaßen Herstellen außer Eingriff mit dem Werkstuck (10) ist, und die Einspannvorrichtung (2) um die Werkstuckachse (Al) rotierend antreibbar gelagert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Werkstuckachse (Al) mit der Werkzeugachse (A2) einen Winkel von etwa 90° einschließt .
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem das spanabhebende Werkzeug (12) ein Fraswerkzeug ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem das spanabhebende Werkzeug (12) ein Schleifwerkzeug ist.
5. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
- Material des Werkstucks (10) mittels des spanabhebenden Werkzeugs (12) abgetragen wird, wobei das spanabhebende Werkzeug (12) um die Werkzeugachse (A2) rotierend angetrieben wird, und
- das Werkstuck (10) um die Werkstuckachse (Al) rotierend angetrieben wird.
6. Werkzeug (12) zur spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere von kalottenformigen Ausnehmungen (14) in einem Werkstuck
(10) , mit
- einem Werkzeugschaft (22), - einem rotationssymmetrischen, fest mit dem Werkzeugschaft (22) gekoppelten Werkzeugkopf (20) mit einer die Symmetrieachse bildenden Werkzeugachse (A2), wobei der Werkzeugkopf (20) so ausgebildet ist, dass das Querschnittsprofil in einer Schnittebene, in der die Werkzeugachse (A2) liegt, auf einer Seite der Werkzeugachse (Al) ein Kreisabschnitt (26) eines Kreises ist, wobei der Mittelpunkt (M) des Kreises von der Werkzeugachse (A2) beabstandet ist.
7. Werkzeug (12) nach Anspruch 6, bei dem der Mittelpunkt (M) des Kreises und der Kreisabschnitt (26) des Kreises auf gegenüberliegenden Seiten der Werkzeugachse (A2) angeordnet sind.
8. Werkzeug (12) nach Anspruch 6, bei dem der Mittelpunkt (M) des Kreises und der Kreisabschnitt (26) des Kreises auf der gleichen Seite der Werkzeugachse (A2) angeordnet sind.
9. Werkzeug (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das spanabhebende Werkzeug (12) ein Fraswerkzeug ist.
10. Werkzeug (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das spanabhebende Werkzeug (12) ein Schleifwerkzeug ist.
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