WO2015010675A1 - Vorrichtung zur spanenden bearbeitung von kanten - Google Patents

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WO2015010675A1
WO2015010675A1 PCT/DE2014/000362 DE2014000362W WO2015010675A1 WO 2015010675 A1 WO2015010675 A1 WO 2015010675A1 DE 2014000362 W DE2014000362 W DE 2014000362W WO 2015010675 A1 WO2015010675 A1 WO 2015010675A1
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WO
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workpiece
cutting tool
guide element
workpiece guide
axis
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PCT/DE2014/000362
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Timo Dauner
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Airbus Defence and Space GmbH
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Publication date
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    • B23C3/12—Trimming or finishing edges, e.g. deburring welded corners
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T409/00—Gear cutting, milling, or planing
    • Y10T409/30—Milling
    • Y10T409/304144—Means to trim edge

Definitions

  • the present invention relates to tooling technology.
  • the present invention relates to a device for machining of
  • Workpieces with special focus on chamfering, smoothing, contour milling and deburring of workpiece edges may be carried out manually by the operator along the workpiece contour, the machining of the material to be removed using a foreign-driven and rotating cutting tool.
  • the processing of semi-finished workpiece edges according to individual manufacturing steps is used in large semi-finished products such as castings, upper in the small series production of particular metallic components to reduce the risk of injury of an editor and to prepare for further process steps.
  • the existing edge geometry is machined by the manual guidance of the workpiece on the machining tool by the operator. This removes existing burrs, such as deburring castings, creates a defined bevel, for example chamfering already machined aluminum or plastic workpieces, or allows complex geometry to be transferred through the tool, e.g. by contour milling, faceting of visual elements such as glass, mirrors or wood veneers.
  • These editing options are commonly on Tischg. Stand devices performed, usually a projecting beyond the processing table and rotating around its own axis, cutting
  • Tool element with geometrically defined cutting edge or cutting is used.
  • a guide element may thereby engage in an L-shaped manner starting from the machining table via the cutting tool and terminate tangentially to its axis of rotation with a rounded stop surface.
  • a guide of a workpiece on the workpiece geometry to be machined is such that the guide element is present at the workpiece edge to be machined.
  • CONFIRMATION COPY find mostly table or floor units with axially and angularly adjustable to the working plane processing table use to the depth of cut and the
  • the cutting tools used are connected as part of a workpiece machining only at great expense detachably connected to a drive unit.
  • the cross-leadership element When lying in the workpiece edges, such as pockets or grooves, the cross-leadership element but because of its size and lying outside of the tool connection to the machining table usually a limitation of editing options. Especially narrow grooves, flat pockets, edges with small radii and acute angle , thus particularly complex geometries, can be produced thereby usually not or only with difficulty. This may be due in particular to the fact that the L-shaped
  • the editing may be done without direct visual control and is usually exclusively by the
  • Structural components such as e.g.
  • the outer skin of aircraft is manually cut out and reinforced by additionally applied plates or structures.
  • the edges are smoothed.
  • the resulting cut edges, especially in aluminum, are due to the frequent
  • the processing is carried out with abrasives.
  • a defined geometric processing of the edges is usually not possible in both cases.
  • post-processing is also of particular importance because of the high strength and hardness of the fiber elements.
  • the high-strength fibers can be torn during processing from the matrix, for example, these defects represent crack germs. Also chips can be pressed between the individual fiber layers, which may thus form a starting point for delamination and possible failure of the component.
  • the smoothing of these edges presents a special challenge.
  • the published patent application DE10 2007 060 215 A1 describes a device for processing a running edge.
  • a device for machining workpieces comprising
  • Cutting tool a first workpiece guide member and a second workpiece guide member, wherein the first workpiece guide member and the second workpiece guide member are arranged for defined guiding a workpiece relative to the cutting tool, wherein the
  • Cutting tool has a rotation axis and a coaxial opening, wherein the cutting tool for workpiece machining to the
  • Rotation axis rotates and wherein the first workpiece guide element is arranged in the opening of the cutting tool coaxial with the axis of rotation.
  • the device according to the invention provides a cutting tool that is rotated coaxially about a central guide pin and guided by the tip of the workpiece. The axial guidance of the device on
  • a device for the successful one-time processing of visible and invisible edges or margins, in particular with a possibility of machining narrow and / or shallow grooves, pockets and other, particularly complex geometries.
  • Cutting tools and guide elements are easily and quickly exchangeable.
  • the device according to the invention also makes possible an optimized, hand-operable machining possibility of workpieces for use on stationary objects and hard to reach places of use.
  • the first workpiece guide element may be formed as one element or a combination of elements from the group consisting of cylindrical element, rod-shaped element and peg-shaped element, and / or wherein the second workpiece guide element may be formed as a planar element , Especially as a work table with support surface.
  • the first one may be formed as one element or a combination of elements from the group consisting of cylindrical element, rod-shaped element and peg-shaped element, and / or wherein the second workpiece guide element may be formed as a planar element , Especially as a work table with support surface.
  • the first one may be formed as one element or a combination of elements from the group consisting of cylindrical element, rod-shaped element and peg-shaped element, and / or wherein the second workpiece guide element may be formed as a planar element , Especially as a work table with support surface.
  • the first one may be formed as one element or a combination of elements from the group consisting of cylindrical element, rod-shaped element and peg-shaped element, and /
  • the radius of the first workpiece guide element may essentially correspond to the projection of the cutting tool.
  • the first workpiece guide element is a particularly rigid and short
  • the radius of the central guide pin may be chosen equal to the projection with respect to the cutting tool.
  • the pin may preferably so far protrude from the cutting tool up that the tip is formed hemispherical and tangent in the pin over. This results in a supernatant according to the radius.
  • Pintle tip and cutting tool form no excessive gap, which can be added by chips, for example.
  • the flexural rigidity may be further increased by a near-tip bearing between the pilot and a hollow drive shaft of the cutting tool.
  • the drive shaft is supported in a body by other bearings. Via the guide contact workpiece guide pin and the receiving
  • the low height and small diameter of the guide pin allow for the first time, narrow, flat and complex grooves and pockets on workpieces
  • the first workpiece guide element is formed fixed and non-rotating, alternatively rotatably mounted, so that one on the first
  • the cutting tool and / or the first workpiece guide element may be detachable and, in particular, designed to be exchangeable.
  • Main body of the device connected. This is a geared to the different tools interchangeability of the guide pin is given.
  • the first workpiece guide element along its longitudinal axis parallel to the axis of rotation have a change in its diameter, in particular a continuous or step change.
  • Guide pins along the longitudinal axis foot - tip have a continuous or stepwise change in diameter.
  • the cutting tool may rotate about the guide pin.
  • the foot of the guide pin may have a releasable means for connection to the
  • a key surface for releasing and securing the guide pin by a tool.
  • the tip which in contact with the guide Workpiece can be rounded for better handling, cylindrical or executed with a different contour.
  • the all-round accessibility to the cutting tool achieved by this embodiment allows a simple and one-time "blind" machining of the workpiece edges without immediate and direct visual control during machining.
  • the cutting tool may be formed as a hollow cone or have a defined conical surface contour, wherein in the interior of the hollow body, the first workpiece guide element substantially without contact with the
  • Cutting tool is arranged.
  • the cutting tool may thus be executable as a hollow cone or with a free cone shell contour.
  • Within the hollow body extends axially but substantially without contact the
  • the cutting tool may have at least one cutting edge on the conical surface.
  • the geometries of the conical surface contour and the one or more cutting edges will be apparent to those skilled in the art from the application.
  • the device may further comprise a drive element for the cutting tool, wherein the cutting tool may be releasably connected to the drive element, in particular wherein the drive element may be formed as a hollow drive shaft. So may be present on the cone bottom side means for releasable connection to a drive shaft and a key surface for applying the tightening / loosening torque. Through this connection, the tool may be driven and at the same time the occurring cutting forces are absorbed.
  • the cutting tool of the device can be advantageously changed quickly with simultaneous secure transmission of the guiding and cutting forces.
  • a hollow drive shaft may be used. This may be advantageous supported by two lying on the outer surface bearing points in the body, another bearing may be given inside the hollow shaft on the guide pin.
  • the upper end of the drive shaft may be a corresponding means for receiving the
  • a locking mechanism may be provided, e.g. Locked by the
  • the basic body is designed to absorb all occurring forces and provides the interface to the environment.
  • Rotation axis may be formed and / or wherein the work table in such a way may be that its surface normal compared to the
  • the cutting tool may have a defined profile geometry in order to transfer this to the workpiece to be machined.
  • Device is as hand-held device as well as functional limitations of the machining possibilities as a table or stand unit executable.
  • the compact form of performance is to be replaced by a solid construction in order to ensure the necessary stability and strength when machining large and heavy workpieces. For use with very large and heavy workpieces like one
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of an exemplary
  • Embodiment of the device according to the present invention Embodiment of the device according to the present invention.
  • the device according to the invention from FIG. 1 and FIG. 2 has a first one
  • Cutting tool 2 passes in a coaxial bore 22 and projects beyond. Towards its foot, the first workpiece guide element 1 grows in the
  • the first work guide member 1 has a member for releasably connecting, e.g. a thread 14 and possibly a centering to connect the first workpiece guide element 1 with a base body 4 and possibly
  • Cutting tool 2 is designed conical and has on the
  • Cone surface one or more geometrically determined cutting on.
  • a bore 22 is present, which as
  • Play fit 11 is formed to the first workpiece guide element 1.
  • Foot of the cutting tool 2 has a member for releasably connecting, for example, a thread 9 and a key surface 10.
  • the thread is used to connect the cutting tool 2 to a drive shaft 3.
  • the drive shaft 3 is rotationally symmetrical, hollow and rotatable about its longitudinal axis. At its upper end is the already mentioned
  • the drive shaft 3 has at the foot of a transmission.
  • the drive may be formed as a planetary gear, e.g. three running as a planetary drive means 8 transmit the torque from an external motor to the drive shaft 3 and thus to the cutting tool 2.
  • Handling of the device may be provided.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Machine Tool Units (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (20) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken (6), aufweisend ein Zerspanungswerkzeug (2), ein erstes Werkstückführungselement (1) und ein zweites Werkstückführungselement (5),. wobei das erste Werkstückführungselement (1) und das zweite Werkstückführungselement (5) eingerichtet sind zum definierten Führen eines Werkstückes (6) relativ zum Zerspanungswerkzeug (2), wobei das Zerspanungswerkzeug (2) eine Rotationsachse (21) und eine koaxiale Öffnung (22) aufweist, wobei das Zerspanungswerkzeug (2) zurWerkstückbearbeitung um die Rotationsachse (21) rotiert und wobei das erste Werkstückführungselement (1) in der Öffnung (22) des Zerspanungswerkzeuges (2) koaxial zur Rotationsachse (21) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Kanten
Die vorliegende Erfindung betrifft Werkzeugtechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von
Werkstücken mit besonderem Fokus auf dem Anfasen, Glätten, Konturfräsen und Entgraten von Werkstückkanten. Dabei mag die Bahnführung des Werkstücks an der Vorrichtung oder der Vorrichtung am Werkstück manuell durch den Bearbeiter entlang der Werkstückkontur, die Zerspanung des abzutragenden Materials unter Verwendung eines fremdgetriebenen und rotierenden Zerspanungswerkzeugs erfolgen.
Das Bearbeiten von Halbzeugwerkstückkanten nach einzelnen Fertigungsschritten wird bei großen Halbzeugen wie Gussteilen, ober bei der Kleinserienfertigung von insbesondere metallischen Bauteilen zur Verringerung der Verletzungsgefahr eines Bearbeiters sowie zur Vorbereitung weiterer Prozessschritte eingesetzt. Dabei wird die existierende Kantengeometrie durch die manuelle Führung des Werkstücks am Bearbeitungswerkzeug durch den Bearbeiter spanend bearbeitet. Hierdurch wird vorhandener Grat entfernt, beispielsweise das Entgraten von Gussstücken, eine definierte Fase kann erstellt werden, zum Beispiel das Anfasen von bereits bearbeiteten Aluminium- oder Kunststoffwerkstücken, oder der Kante kann eine komplexe Geometrie durch das Werkzeug übertragen werden, z.B. durch Konturfräsen, Facettieren von Sichtelementen wie Glas, Spiegeln oder Holzfurnieren. Diese Bearbeitungsmöglichkeiten werden herkömmlich auf Tischbzw. Standgeräten durchgeführt, wobei meist ein über den Bearbeitungstisch hinausstehendes und um die eigene Achse rotierendes, spanendes
Werkzeugelement mit geometrisch definierter Schneide oder Schneiden verwendet wird. Ein Führungselement mag dabei L-förmig vom Bearbeitungstisch ausgehend über das Zerspanungswerkzeug greifen und mit einer abgerundeten Anschlagfläche tangential zu dessen Rotationsachse enden. Eine Führung eines Werkstückes an der zu bearbeitenden Werkstückgeometrie erfolgt dergestalt, dass das Führungselement an der zu bearbeitenden Werkstückkante ansteht. Es
BESTÄTIGUNGSKOPIE finden meist Tisch- bzw. Standgeräte mit axial und winklig zur Bearbeitungsebene verstellbarem Bearbeitungstisch Verwendung, um die Schnitttiefe und den
Schnittwinkel einzustellen, wobei die verwendeten Zerspanungswerkzeuge im Rahmen einer Werkstückbearbeitung nur unter hohem Aufwand lösbar mit einer Antriebseinheit verbunden sind.
Kennzeichnend für das Bearbeitungsverfahren ist dabei meist, dass die
Werkstücke auf den Bearbeitungstisch verbracht und manuell durch Muskelkraft an das Führungselement des Werkzeugs bzw. auf/an den Bearbeitungstisch angelegt werden. Um eine Bearbeitung auszuführen, wird das Werkstück durch den Bearbeiter am Führungselement entlang bewegt. Das darunter rotierende, spanabhebende Werkzeugelement nimmt, abhängig von der axialen Einstellung des Bearbeitungstisches, Material von einer Kante des Werkstückes ab und erzeugt dadurch die gewünschte Kantengeometrie. Entstehende Späne
verbleiben entweder im freigestellten Raum zwischen Werkstück und dem
Bearbeitungstisch oder werden abgesaugt.
Bei im Werkstück liegenden Kanten, beispielsweise bei Taschen oder Nuten, stellt das übergreifende Führungselement wegen dessen Baugröße und der außerhalb des Werkzeugs liegenden Verbindung zum Bearbeitungstisch jedoch meist eine Einschränkung der Bearbeitungsmöglichkeiten dar. Besonders schmale Nuten, flache Taschen, Kanten mit kleinen Radien sowie spitze Winkel, somit besonders komplexe Geometrien, lassen sich hierdurch meist nicht oder nur erschwert herstellen. Dies mag insbesondere daran liegen, dass das L-förmige
Führungselement für flache Aushebungen zu hoch und für schmale Nuten zu breit ist. Auch ist eine Bearbeitung mit gleichzeitiger Kontrolle des Arbeitsergebnisses bei innen liegenden und durch das Werkstück verdeckten
Bearbeitungsoperationen nur erschwert möglich. Die Bearbeitung mag dabei ohne direkte visuelle Kontrolle erfolgen und wird meist ausschließlich durch die
Erfahrung des Bearbeiters bestimmt. Dabei kann z.B. bei scharfen
Richtungswechseln die Rückseite des Führungselements mit der zu bearbeitenden Kante in Kontakt treten und dabei den Eindruck vermitteln, dass das Zerspanungswerkzeug selbst anliege und eine Bearbeitung stattfände. Diese möglicherweise falsche Annahme und die daraus resultierende ungenügende Bearbeitung eines Werkstückes ist meist erst durch eine Nachkontrolle und das damit verbundene Anheben des Werkstücks auszuschließen, was bei mangelnder Qualität ggf. eine Nacharbeit bedingt.
Ein weiteres Anwendungsfeld des manuellen Anfassens und Glättens von spanend oder abscherend hergestellten Bearbeitungskanten ist bei
Reparaturverfahren von Aluminium- oder Faserverbundschalenelementen in der Luftfahrt zu finden. Dabei werden beschädigte und nicht demontierbare
Strukturkomponenten wie z.B. die Außenhaut von Luftfahrzeugen manuell herausgeschnitten und durch zusätzlich aufgebrachte Bleche oder Strukturen verstärkt. Um eine von den Schnittkanten ausgehenden Rissbildung an der bearbeiteten Kante zu verhindern, werden die Kanten geglättet. Die entstehenden Schnittkanten, insbesondere bei Aluminium, werden wegen der häufig
erschwerten Zugänglichkeit und Form der Reparaturstelle mit einfachen, schabenden oder geometrisch unbestimmten, schleifenden Werkzeugen entgratet und geglättet. Dabei zieht der Bearbeiter eine schleppende Klinge an der
Werkstückkante entlang, alternativ erfolgt die Bearbeitung mit Schleifmitteln. Eine definierte geometrische Bearbeitung der Kanten ist in beiden Fällen meist nicht möglich. Bei Faserverbundkomponenten ist die Nachbearbeitung darüber hinaus aufgrund der hohen Festigkeit und der Härte der Faserelemente von besonderer Bedeutung. Die hochfesten Fasern können z.B. bei der Bearbeitung aus der Matrix gerissen werden, wobei diese Fehlstellen Risskeime darstellen. Ebenfalls können Späne zwischen die einzelnen Faserschichten gedrückt werden, was damit einen Ausgangspunkt für Delamination und mögliches Versagen des Bauteils ausbilden mag. Das Glätten dieser Schnittkanten stellt eine besondere Herausforderung dar. Die Offenlegungsschrift der deutschen Patentanmeldung DE10 2007 060 215 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer Fahrkante.
Ein Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung mag darin gesehen werden, eine verbesserte Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken
bereitzustellen.
Demgemäß wird eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken angezeigt, aufweisend ein
Zerspanungswerkzeug, ein erstes Werkstückführungselement und ein zweites Werkstückführungselement, wobei das erste Werkstückführungselement und das zweite Werkstückführungselement eingerichtet sind zum definierten Führen eines Werkstückes relativ zum Zerspanungswerkzeug, wobei das
Zerspanungswerkzeug eine Rotationsachse und eine koaxiale Öffnung aufweist, wobei das Zerspanungswerkzeug zur Werkstückbearbeitung um die
Rotationsachse rotiert und wobei das erste Werkstückführungselement in der Öffnung des Zerspanungswerkzeug koaxial zur Rotationsachse angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt dabei ein spanabhebendes Werkzeug bereit, das koaxial um einen zentralen Führungszapfen rotiert und durch dessen Spitze am Werkstück geführt wird. Die axiale Führung der Vorrichtung am
Werkstück erfolgt weiterhin durch einen axial und winklig zum
Zerspanungswerkzeug verstellbaren Bearbeitungstisch. Eine derartige
Ausgestaltung ermöglicht einen allseitig freien Zugang zum
Zerspanungswerkzeug bei gleichzeitig geringer Bauhöhe. Weiterhin ist
erfindungsgemäß eine Vorrichtung bereitgestellt, zur erfolgreichen einmaligen Bearbeitung von sichtbaren und nicht sichtbaren Kanten bzw. Rändern, insbesondere mit einer Bearbeitungsmöglichkeit von schmalen und/oder flachen Nuten, Taschen und anderen, besonders komplexen Geometrien.
Zerspanungswerkzeuge und Führungselemente sind dabei leicht und schnell austauschbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht dabei auch eine optimierte handführbare Bearbeitungsmöglichkeit von Werkstücken zum Einsatz an stationären Objekten und schwer zugänglichen Einsatzorten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das erste Werkstückführungselement ausgebildet sein als ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe bestehend aus zylinderförmiges Element, stabförmiges Element und zapfenförmiges Element, und/oder wobei das zweite Werkstückführungselement als ein flächiges Element ausgebildet sein mag, insbesondere als ein Arbeitstisch mit Auflagefläche. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das erste
Werkzeugführungselement statisch oder sich mit dem Werkstück bewegend bzw. rotierend ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag der Radius des ersten Werkstückführungselementes im Wesentlich dem Überstand des Zerspanungswerkzeuges entsprechen. Zur Führung der Vorrichtung am Werkstück mag es vorteilhaft sein, wenn als erstes Werkstückführungselement ein besonders biegesteifer und kurzer
Führungszapfen verwendet wird. Der Radius des zentralen Führungszapfens mag dabei gleich dem Überstand gegenüber dem Zerspanungswerkzeug gewählt sein. Der Zapfen mag dabei bevorzugt so weit aus dem Zerspanungswerkzeug nach oben herausragen, dass die Spitze halbkugelförmig und tangential in den Zapfen übergehend ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich ein Überstand entsprechend dem Radius. Ausführungsformen mit kürzeren Überständen sind bei anderen
Spitzengeometrien aufgrund der damit verringerten Werkzeug- bzw.
Bearbeitungstiefe möglich bzw. erstrebenswert, jedoch soll sich zwischen
Zapfenspitze und Zerspanungswerkzeug kein übermäßiger Spalt ausbilden, der z.B. durch Späne zugesetzt werden kann. Damit mag ein Optimum zwischen der Genauigkeit der Führung und einer geringen Mindestbearbeitungstiefe der Vorrichtung erreicht werden. Die Biegesteifigkeit kann weiter durch eine nahe an der Spitze liegende Lagerstelle zwischen dem Führungszapfen und einer hohlen Antriebswelle des Zerspanungswerkzeugs erhöht werden. Die Antriebswelle wird dabei in einem Grundkörper durch weitere Lagerstellen gestützt. Über den Führungskontakt Werkstück-Führungszapfen und den aufnehmenden
Lagerstellen in der Vorrichtung ergibt sich eine kurze freie Länge des
Führungszapfens und damit eine hohe Steifigkeit. Durch die geringe Bauhöhe und den kleinen Durchmesser des Führungszapfens wird es erstmalig ermöglicht, schmale, flache und komplexe Nuten und Taschen an Werkstücken zu
bearbeiten. Das erste Werkstückführungselement ist dabei fest und nichtrotierend ausgebildet, alternativ drehbar gelagert, so dass ein am ersten
Werkstückführungselement geführtes Werkstück eine entsprechend der
Führungsbewegung zugehörige Rotation auslösen mag. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das Zerspanungswerkzeug und/oder das erste Werkstückführungselement lösbar und insbesondere auswechselbar ausgebildet sein. Idealerweise ist das erste Werkstückführungselement, der Führungszapfen, lösbar mit dem
Grundkörper der Vorrichtung verbunden. Damit ist eine auf die unterschiedlichen Werkzeuge ausgerichtete Austauschbarkeit des Führungszapfens gegeben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das erste Werkstückführungselement entlang seiner Längsachse parallel zur Rotationsachse eine Änderung seines Durchmessers aufweisen, insbesondere eine kontinuierliche oder stufige Änderung. In anderen Worten mag der
Führungszapfen entlang der Längsachse Fuß - Spitze eine kontinuierliche oder stufenweise Änderung im Durchmesser aufweisen. An dessen schmalen Spitze mag das Zerspanungswerkzeug um den Führungszapfen rotieren. Der Fuß des Führungszapfens mag mit einem lösbaren Mittel zur Verbindung mit dem
Grundkörper versehen, oberhalb der Lagerstelle der Antriebswelle mag eine Schlüsselfläche zum Lösen und Befestigen des Führungszapfens durch ein Werkzeug vorhanden sein. Die Spitze, welche im Führungskontakt mit dem Werkstück steht, kann zur besseren Handhabung abgerundet, zylinderförmig oder mit anderer Kontur ausgeführt sein. Die durch diese Ausführungsform erreichte allseitige Zugänglichkeit zum Zerspanungswerkzeug erlaubt eine einfache und einmalige„blinde" Bearbeitung der Werkstückkanten ohne unmittelbare und direkte visuelle Kontrolle während der Bearbeitung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das Zerspanungswerkzeug als Hohlkegel ausgebildet sein bzw. eine definierte Kegelmantelkontur aufweisen, wobei im Inneren des Hohlkörpers das erste Werkstückführungselement im Wesentlichen ohne Kontakt mit dem
Zerspanungswerkzeug angeordnet ist. Das Zerspanungswerkzeug mag somit als Hohlkegel oder mit einer freien Kegelmantelkontur ausführbar sein. Innerhalb des Hohlkörpers verläuft axial aber im Wesentlichen ohne Kontakt der
Führungszapfen. Das Zerspanungswerkzeug mag abhängig von seiner Größe und des Werkstücks an der Kegelmantelfläche mindestens eine Schneide aufweisen. Die Geometrien der Kegelmantelkontur und der oder den Schneiden ergeben sich dem Fachmann aus dem Anwendungsfall.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag die Vorrichtung weiterhin ein Antriebselement für das Zerspanungswerkzeug aufweisen, wobei das Zerspanungswerkzeug lösbar mit dem Antriebselement verbunden sein mag, insbesondere wobei das Antriebselement ausgebildet sein mag als eine hohle Antriebswelle. So mag an der Kegelunterseite ein Mittel zur lösbaren Verbindung mit einer Antriebswelle sowie eine Schlüsselfläche zum Aufbringen des Anzieh/Lösemoments vorhanden sein. Über diese Verbindung mag das Werkzeug angetrieben und gleichzeitig die auftretenden Schnittkräfte aufgenommen werden. Das Zerspanungswerkzeug der Vorrichtung lässt sich dadurch vorteilhaft schnellwechseln bei gleichzeitig sicherer Übertragung der Führungs- und Schnittkräfte. Zum Antrieb des Zerspanungswerkzeugs mag eine hohle Antriebswelle zum Einsatz kommen. Diese mag vorteilhaft über zwei an der äußeren Mantelfläche liegende Lagerstellen im Grundkörper abgestützt, eine weitere Lagerstelle mag im Inneren der Hohlwelle am Führungszapfen gegeben sein. Das obere Ende der Antriebswelle mag ein entsprechendes Mittel zur Aufnahme des
Zerspanungswerkzeugs aufweisen. Um beim Montieren bzw. Lösen des
Zerspanungswerkzeugs eine Drehung der Antriebswelle zu verhindern, mag ein Verriegelungsmechanismus vorhanden sein, z.B. verriegelt ein durch den
Grundkörper hinausgehender und manuell zu betätigender Zapfen die
Antriebswelle durch eine formschlüssige Verbindung, bei Entlastung wird der Zapfen in seine Ausgangsstellung zurückgeführt. Das untere Ende der
Antriebswelle mag über ein Mittel zur Kopplung an einen Antriebsmotor verfügen. Die Lösung des Führungsproblems für kleine Schnitttiefen und schmale
Bearbeitungsgeometrien wird durch diese kompakte Bauweise erst ermöglicht.
Der Führungszapfen und die Antriebswelle mögen von einem Grundkörper aufgenommen und umschlossen werden. Dieser verfügt über entsprechende festlos Lagerstellen zur Aufnahme der während der Zerspanung auftretenden axialen und radialen Kräfte. Weiter ist eine Aufnahme für den Führungszapfen vorhanden. An dem Grundkörper ist direkt, oder über etwaige Verbindungselemente, ein
Antriebsmotor angebracht. Weiter ist ein Bearbeitungstisch mit dem Grundkörper verbunden. An der Oberseite des Grundkörpers ist eine Möglichkeit vorgesehen, diesen gegen den Eintritt von Bearbeitungsspänen zu verschließen. Der
Grundkörper ist zur Aufnahme sämtlicher auftretender Kräfte ausgelegt und stellt die Schnittstelle zur Umgebung dar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das zweite Werkstückführungselement ausgebildet sein als ein Arbeitstisch, wobei der Arbeitstisch parallel verschiebbar zur Rotationsachse ausgebildet sein mag und/oder wobei die Oberfläche des Arbeitstisches senkrecht zur
Rotationsachse ausgebildet sein mag und/oder wobei der Arbeitstisch derart ausgebildet sein mag, dass seine Oberflächennormale gegenüber der
Rotationsachse verschwenkbar ist, so dass Oberflächennormale und
Rotationsachse nicht-parallel angeordnet werden können. Der Arbeitstisch ist vorzugsweise parallel zur Achse des Zerspanungswerkzeugs verschieb- und arretierbar. Dazu sind ein oder mehrere Führungselemente am Grundkörper sowie ein Verschiebemechanismus vorhanden. In der Ausgangsstellung mag die Oberfläche zur Achse des Zerspanungswerkzeugs rechtwinklig ausgerichtet sein. Über einen durchgängigen Ausschnitt durchbricht das Zerspanungswerkzeug die Oberfläche des Bearbeitungstisches. Dieser Ausschnitt mag derart ausgeführt sein, dass anfallende Bearbeitungsspäne nicht oder nur im begrenzten Maße durch den Spalt zum Zerspanungswerkzeug bzw. zu den Lagerstellen vordringen können. Die axiale Verschiebbarkeit des Bearbeitungstisches mag es dabei gestatten, die Schnitttiefe des Zerspanungswerkzeugs zu ändern. Weiter kann der Bearbeitungstisch über eine Möglichkeit verfügen, dessen Oberflächennormale gegenüber der Achse des Zerspanungswerkzeugs zu kippen. Dazu ist der Bearbeitungstisch um eine rechtwinklig zur
Bearbeitungsachse verlaufende Lagerung bewegbar ausgeführt und mit einem Mittel zur Arretierung im gewünschten Winkel versehen. Damit ist eine
Einstellbarkeit des Bearbeitungswinkels ohne den Wechsel des
Zerspanungswerkzeugs möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das erste Werkstückführungselement eine wechselbare Spitze bzw.
Endbereich aufweisen, insbesondere einen Endbereich mit größerem
Durchmesser als das erste Werkstückführungselement selbst aufweist.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform mit austauschbaren Spitzen des Führungszapfens. Dabei mögen sowohl die Spitzen als auch der Führungszapfen ein lösbares Mittel zur Verbindung der beiden Komponenten aufweisen. Ohne Beschränkung auf die folgende Aufzählung können die Spitzen dabei folgende Merkmale aufweisen: eine Spitze mit größerem Durchmesser als der Führungszapfen selbst, um die Schnitttiefe des Zerspanungswerkzeugs über den Abstand zum Werkstück einzustellen oder mit einem kugelgelagerten
Führungsrad, um die Reibung zwischen Führungszapfen und Werkstück zu verringern. Die Einsatzfähigkeit der Vorrichtung für verschiedene
Bearbeitungsfälle wird dadurch weiter gesteigert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag das Zerspanungswerkzeug eine definierte Profilgeometrie besitzen, um diese auf das zu bearbeitende Werkstück zu übertragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag die Vorrichtung eine Abführmöglichkeit für anfallende Späne aufweisen. Dabei mögen Öffnungen des Arbeitstisches eine Verbindung zum Hohlraum zwischen Grundkörper und der Innenseite des Arbeitstisches herstellen. In diesem Hohlraum mag ein Spanblech rotieren, welches derart ausgebildet ist, dass die zwischen Zerspanungswerkzeug und Arbeitstisch eindringenden Späne radial gegen eine innere Mantelfläche des Arbeitstisches/Grundkörpers beschleunigt werden. Hier treffen die Späne auf die Öffnungen und werden aus der Vorrichtung heraus geschleudert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mag die Vorrichtung handführbar oder stationär ausgebildet sein. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist als handführbare Vorrichtung sowie ohne funktionale Einschränkungen der Zerspanungsmöglichkeiten auch als Tisch- oder Standgerät ausführbar. Dabei ist die kompakte Aufführungsform durch eine massive Bauweise zu ersetzen, um die notwendige Stabilität und Festigkeit bei der Bearbeitung großer und schwerer Werkstücke zu gewährleisten. Für den Einsatz mit besonders großen und schweren Werkstücken mag eine
Ausführungsform mit verschiebbarem und winklig verstellbarem Grundkörper, alternativ zu einem Arbeitstisch bei feststehendem Arbeitstisch, vorgesehen sein. Dabei mag der Bearbeitungstisch die Schnittstellenfunktion zur Umgebung und der Grundkörper die Einstellmöglichkeit des Bearbeitungswinkels bereitstellen.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf
Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen:
Fig. 1 eine exemplarische Ausgestaltung eines oberen Bereiches einer
handführbaren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Schnitt-Darstellung einer exemplarischen
Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 1 und Fig. 2 weist ein erstes
Werkstückführungselement 1 auf, einen zentralen und im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführten Führungszapfen 1 , der ein
Zerspanungswerkzeug 2 in einer koaxialen Bohrung 22 durchläuft und überragt. Zu dessen Fuß hin wächst das erste Werkstückführungselement 1 im
Durchmesser kontinuierlich oder stufenweise an bzw. variiert seinen
Durchmesser. Zwischen der abgerundeten Spitze, dem oberen, nach außen ragenden Ende, des ersten Werkstückführungselementes 1 und dessen Fuß, dem unteren, innenliegenden Ende, befinden sich eine Schlüsselfläche 13 und eine Lauffläche/Abstützfläche für ein Lagerstelle, z.B. ein Nadellager 12. An seinem Fuß weist das erste Werkstückführungselement 1 ein Element zum lösbaren Verbinden auf, z.B. ein Gewinde 14 und ggf. eine Zentrierung, um das erste Werkstückführungselement 1 mit einem Grundkörper 4 verbinden und ggf.
zentrieren zu können.
Zerspanungswerkzeug 2 ist kegelförmig ausgeführt und weist auf dessen
Kegelmantelfläche eine oder mehrere geometrisch bestimmte Schneiden auf. Entlang der Rotationsachse 21 ist eine Bohrung 22 vorhanden, welche als
Spielpassung 11 zum ersten Werkstückführungselement 1 ausgebildet ist. Der Fuß des Zerspanungswerkzeuges 2 weist ein Element zum lösbaren Verbinden auf, beispielsweise ein Gewinde 9 und eine Schlüsselfläche 10. Das Gewinde dient dem Anschluss des Zerspanungswerkzeuges 2 an eine Antriebswelle 3. Die Antriebswelle 3 ist rotationssymmetrisch, hohl und um ihre Längsachse drehbar ausgebildet. An ihrem oberen Ende ist das bereits erwähnte
Anschlussgewinde 9 für das Zerspanungswerkzeug 2 vorhanden. Die
Antriebswelle 3 rotiert über das Nadellager 12 gestützt um das erste
Werkstückführungselement 1. Weiter mag die Antriebswelle 3 eine untere
Lagerstelle 16 und eine obere Lagerstelle 15 für jeweils ein Kugellager aufweisen, welche sich im Grundkörper 4 abstützen. Zum Antrieb besitzt die Antriebswelle 3 an deren Fuß ein Getriebe. Der Antrieb mag beispielsweise ausgebildet sein als ein Planetengetriebe, wobei z.B. drei als Planeten ausgeführte Antriebsmittel 8 das Drehmoment von einem externen Motor auf die Antriebswelle 3 und damit auf das Zerspanungswerkzeug 2 übertragen.
Der Grundkörper 4 mag zur Aufnahme des Antriebs, der vorfolgend
beschriebenen Komponenten und eines zweiten Werkstückführungselementes 5 dienen, z.B. eines Arbeitstisches. Dazu ist Grundkörper 4 zylindrisch mit einer nach oben offenen Aushebung ausgeführt. Der Boden dieser Aushebung wird durch Anschlussgewinde 14 des ersten Werkstückführungselementes 1 und drei Lagerstellen für die Antriebsmittel 8 durchbrochen. In der Aushebung befinden sich zwei oder mehr definierte Lagerstellen zur Aufnahme des oberen 16 und des unteren 15 Kugellagers. Zur Führung des Arbeitstisches 5 verfügt Grundkörper 4 über eine Lagerstelle, z.B. eine Gleitlagerstelle 17 im oberen Bereich seiner äußeren Mantelfläche, ein Bewegungsgewinde 18 zur axialen Verstellung des Arbeitstisches 5 sowie eine Möglichkeit diesen zu arretieren.
Als axialer Werkstückanschlag der Vorrichtung kommt das zweite
Werkstückführungselement 5, ein Arbeitstisch, zur Anwendung. Dieser ist über die beschriebene Gleitlagerstelle 17 und das Bewegungsgewinde 18 axial verschiebbar mit dem Grundkörper 4 verbunden. Über eine Drehung um die Rotationsachse 21 kann dieser entlang des Grundkörpers 4 auf und ab bewegt werden. Die Oberseite des, z.B. zylindrischen, Arbeitstisches 5 ist normal zur Rotationsachse 21 des Zerspanungswerkzeugs 2 ausgerichtet und weist einen zur Rotationsachse 21 konzentrischen zylindrischen Durchbruch 23 für das
Zerspanungswerkzeug 2 auf. Dieser Durchbruch 23 nimmt bei der Einstellung der Schnitttiefe das Zerspanungswerkzeug 2 in sich auf. Der Ringspalt zwischen Zerspanungswerkzeug 2 und Durchbruch 23 ist derart toleriert, dass bei maximaler Schnitttiefe möglichst keine Späne in den Zwischenraum zwischen dem Arbeitstisch 5 und dem Grundkörper 4 eindringen können. An der äußeren Mantelfläche der Vorrichtung 20 mögen verteilt Griffmulden zur besseren
Handhabung der Vorrichtung vorgesehen sein.
Zum Schutz der im Grundkörper 4 liegenden Lager 12, 15, 16 mag zwischen Zerspanungswerkzeug 2 und Antriebswelle 3 ein mit dem Zerspanungswerkzeug 2 rotierendes Spanblech 7 vorgesehen sein. Dieses verdeckt die Aushebung des Grundkörpers und schließt mit einem geringen Spalt zur inneren Mantelfläche des Arbeitstisches 5 bzw. des Grundkörpers 4 ab. Besonders bei geringer Schnitttiefe eindringende Späne werden durch das Spanblech am Eindringen in den
Grundkörper 4 gehindert.
Bezugszeichenliste
1 Führungszapfen
2 Zerspanungswerkzeug
3 Antriebswelle
4 Grundkörper
5 Arbeitstisch
6 Werkstück
7 Spanblech
8 Antriebsmittel
9 Gewinde Zerspanungswerkzeug-Antriebswelle
10 Schlüsselfläche Werkzeug
11 Spielpassung Führungszapfen-Zerspanungswerkzeug
12 Nadellager Führungszapfen-Antriebswelle
13 Schlüsselfläche Führungszapfen
14 Gewinde Führungszapfen-Grundkörper
15 Lagerstelle Antriebswelle-Grundkörper oben
16 Lagerstelle Antriebswelle-Grundkörper unten
17 Gleitlagerstelle Arbeitstisch-Grundkörper
18 Bewegungsgewinde Arbeitstisch-Grundkörper
20 Vorrichtung
21 Rotationsachse
22 Öffnung
23 Durchbruch

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (20) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken (6), aufweisend
ein Zerspanungswerkzeug (2);
ein erstes Werkstückführungselement (1 ); und
ein zweites Werkstückführungselement (5);
wobei das erste Werkstückführungselement (1 ) und das zweite
Werkstückführungselement (5) eingerichtet sind zum definierten Führen eines Werkstückes (6) relativ zum Zerspanungswerkzeug (2);
wobei das Zerspanungswerkzeug (2) eine Rotationsachse (21 ) und eine koaxiale Öffnung (22) aufweist;
wobei das Zerspanungswerkzeug (2) zur Werkstückbearbeitung um die
Rotationsachse (21 ) rotiert;
wobei das erste Werkstückführungselement (1 ) in der Öffnung (22) des
Zerspanungswerkzeuges (2) koaxial zur Rotationsachse (21 ) angeordnet ist; und wobei der Radius des ersten Werkstückführungselementes (1 ) im
Wesentlich dem Überstand des Zerspanungswerkzeuges (2) entspricht.
2. Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch,
wobei das erste Werkstückführungselement (1 ) ausgebildet ist als ein Element aus der Gruppe bestehend aus zylinderförmiges Element, stabformiges Element und zapfenförmiges Element oder eine Kombination dieser Elemente; und/oder
wobei das zweite Werkstückführungselement (5) als ein flächiges Element ausgebildet ist, insbesondere als ein Arbeitstisch mit Auflagefläche.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das erste Werkzeugführungselement (1 ) statisch oder sich mit dem Werkstück (6) bewegend bzw. rotierend ausgebildet ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zerspanungswerkzeug (2) und/oder das erste
Werkstückführungselement (1 ) lösbar und insbesondere auswechselbar ausgebildet sind.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das erste Werkstückführungselement (1 ) entlang seiner Längsachse parallel zur Rotationsachse (21 ) eine Änderung seines Durchmessers aufweist, insbesondere eine kontinuierliche oder stufige Änderung.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zerspanungswerkzeug (2) als Hohlkegel ausgebildet ist bzw. eine definierte Kegelmantelkontur aufweist;
wobei im Inneren des Hohlkörpers das erste Werkstückführungselement (1 ) im Wesentlichen ohne Kontakt mit dem Zerspanungswerkzeug (2) angeordnet ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die Vorrichtung weiterhin aufweisend
ein Antriebsmittel (8) für das Zerspanungswerkzeug (2);
wobei das Zerspanungswerkzeug (2) lösbar mit dem Antriebsmittel (8) verbunden ist; insbesondere
wobei das Antriebsmittel (8) ausgebildet ist als eine hohle Antriebswelle.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7,
wobei das zweite Werkstückführungselement (5) ausgebildet ist als ein
Arbeitstisch,
wobei der Arbeitstisch parallel verschiebbar zur Rotationsachse (21 ) ausgebildet ist; und/oder
wobei die Oberfläche des Arbeitstisches senkrecht zur Rotationsachse (21 ) ausgebildet ist; und/oder
wobei der Arbeitstisch derart ausgebildet ist, seine Oberflächennormale gegenüber der Rotationsachse (21 ) zu verschwenken, so dass
Oberflächennormale und Rotationsachse (21 ) nicht-parallel angeordnet sind.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das erste Werkstückführungselement (1 ) eine wechselbare Spitze bzw. Endbereich aufweist, insbesondere einen Endbereich mit größerem
Durchmesser als das erste Werkstückführungselement (1 ) selbst und/oder ein kugelgelagertes Führungsrad aufweist.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Zerspanungswerkzeug (2) eine definierte Profilgeometrie besitzt, um diese auf das zu bearbeitende Werkstück (6) zu übertragen.
11. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Vorrichtung (20) eine Abführmöglichkeit für anfallende Späne aufweist.
12. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Vorrichtung (20) handführbar oder stationär ausgebildet ist.
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