WO2022238208A1 - Bearbeitungs-werkzeug zur schneid- und/oder formbearbeitung der innenwandung einer werkstück-bohrung - Google Patents

Bearbeitungs-werkzeug zur schneid- und/oder formbearbeitung der innenwandung einer werkstück-bohrung Download PDF

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WO2022238208A1
WO2022238208A1 PCT/EP2022/062016 EP2022062016W WO2022238208A1 WO 2022238208 A1 WO2022238208 A1 WO 2022238208A1 EP 2022062016 W EP2022062016 W EP 2022062016W WO 2022238208 A1 WO2022238208 A1 WO 2022238208A1
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cutting
cutting edge
functional
finishing
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PCT/EP2022/062016
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Peter Kopton
Attila Bugár
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Audi Ag
AUDI HUNGARIA Zrt.
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    • B23D2277/10—Reaming tools comprising means for damping of vibration, i.e. for reduction of chatter
    • B23D2277/105—Reaming tools comprising means for damping of vibration, i.e. for reduction of chatter with cutting edges located at unequal angles around the periphery of the tool

Definitions

  • Machining tool for cutting and/or shaping the inner wall of a workpiece bore
  • the invention relates to a machining tool for cutting and/or shaping the inner wall of a particularly thin-walled workpiece bore according to the preamble of claim 1.
  • the surface machining of the inner wall of a thin-walled workpiece bore can take place in a process chain in which a workpiece pilot bore is initially provided in a delivery state.
  • a machining stroke the machining tool is lowered coaxially to the bore axis with a feed rate and a speed synchronized with it into the workpiece pilot bore.
  • a reversing stroke takes place, during which the machining tool is guided coaxially out of the machined workpiece bore.
  • a multi-stage process usually takes place in which the inner wall of the workpiece bore is machined with separate pre-machining tools (e.g. roughing tool) and finishing tools (e.g. finishing tool).
  • pre-machining tools e.g. roughing tool
  • finishing tools e.g. finishing tool
  • This is associated with a long process duration and high machine wear.
  • a thin-walled workpiece bore has reduced dimensional stability. When machining with different tools, this leads to a change in the shape of the workpiece bore, which leads to quality losses in the surface machining of the inner wall of the workpiece bore. 2
  • a milling drilling tool is known from WO 2013/139844 A1.
  • a milling tool is known from DE 102015 113541 B3.
  • a tool for roughening a metal surface is known from DE 102014006845 B4.
  • the object of the invention is to provide a machining tool for machining the inner wall of a particularly thin-walled workpiece bore, with the help of which the machining can be carried out more economically and with increased machining quality compared to the prior art.
  • the object is solved by the features of claim 1.
  • Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.
  • the invention is based on a machining tool that is lowered in a machining flow coaxially to the bore axis with a feed and a speed synchronized with it into the workpiece bore. After the machining stroke has been completed, the machining tool is guided coaxially out of the machined workpiece bore in a reversing stroke. Accordingly, separate pre-machining and finishing tools are no longer used in claim 1 for machining the inner wall of the workpiece bore. Rather, the machining tool has in combination at least two pre-machining cutting edges, in particular roughing cutting edges, and at least one finishing cutting edge, in particular finishing cutting edges.
  • the spacing between the pre-machining cutting edges and the spacing between the finishing cutting edges are dimensioned in such a way that the process forces acting on the cutting edges, i.e. cutting and/or shaping forces, are at least partially balanced. to ensure a stable machining process, in which particularly thin-walled workpiece bores are subject to little or no change in shape.
  • each of the pre-machining cutting edges can have a longitudinal cutting edge running along the tool axis of rotation over a cutting edge length . This can, in particular, merge into a transverse cutting edge at a cutting edge corner facing the tool tip.
  • the finishing cutting edge can also have a longitudinal cutting edge running along the tool axis of rotation over the length of the cutting edge. This can also merge into a transverse cutting edge at a cutting edge corner facing the tool tip.
  • the longitudinal cutting edge of the finishing cutting edge lies on a tool radius that is larger than the tool radius on which the longitudinal cutting edge of the pre-machining cutting edge lies.
  • material is removed in the radial direction of the workpiece bore with the aid of the pre-machining cutters and/or with the aid of the finish-machining cutter with machining.
  • Rough machining can be carried out with the help of the pre-machining cutting edges, with a correspondingly large amount of material being removed on the inner wall of the workpiece bore.
  • fine machining can be carried out with the aid of the finishing cutting edge, in which material removal on the inner wall of the workpiece bore is greatly reduced in comparison to pre-machining.
  • the machining tool can have precisely one finishing cutting edge and at least two or more pre-machining cutting edges.
  • the cutting edges are preferably not arranged on the machining tool via constant pitch spacings. Rather, with regard to balancing the process forces acting on the cutting edges, it is preferred if the pre-machining cutting edges are grouped on one side with respect to the tool axis of rotation and the one finishing cutting edge is arranged on the diametrically opposite side.
  • the pre-machining and finish-machining cutting edges can be spaced apart from one another by different pitches in the circumferential direction of the tool and/or can be arranged on the machining tool in different height positions in the axial direction, ie offset in height.
  • the pitch spacing and the height positions of the pre-machining cutting edges can be selected in such a way that the cutting edge load per pre-machining cutting edge is approximately the same, ie the feed per pre-machining cutting edge (feed per tooth) is approximately the same.
  • each of the pre-machining cutting edges is moved spirally along the inner wall of the bore via parallel cutting paths with a constant pitch.
  • the cutting path width of the respective pre-machining cutting edge measured in the axial direction is identical to its cutting edge length.
  • the pitch spacing and the height positions of the pre-machining cutting edges are designed in such a way that their cutting paths do not (or only slightly) overlap, but rather the cutting paths adjoin one another without overlapping in the axial direction.
  • the finishing cutting edge also moves during the machining stroke over a cutting path with a constant gradient as well as 5 parallel to the cutting paths of the pre-machining cutting edges spirally along the inner wall of the bore.
  • a straight-line cutting path is therefore obtained when the inner wall of the workpiece pilot hole is developed.
  • the cutting path width of the finishing cutting edge measured in the axial direction is identical to its cutting edge length.
  • the cutting edge length of the finishing cutting edge corresponds approximately to the sum of all cutting edge lengths of the pre-machining cutting edges or is possibly greater by a safety allowance.
  • the position of the finishing cutting edge in the circumferential direction and its flea position in the axial direction can be designed so that the following movement pattern results in the machining stroke: the finishing cutting edge can lag behind the pre-machining cutting edges in the direction of tool rotation.
  • the cutting path of the finishing cutting edge can preferably completely cover the cutting paths of the pre-machining cutting edges.
  • the axial heights (ie Hi, H2, H3, H4) of the cutting edges are of particular importance.
  • the pre-machining cutting edges can be positioned at approximately the same axial height as the finishing cutting edge:
  • the finishing cutting edge and the pre-machining cutting edge, which is axially closest to the tool tip are at the same axial height level.
  • the finishing cutting edge can project beyond the pre-machining cutting edge 11 , which is axially furthest away from the tool tip, with an axial overhang in the axial direction. 6
  • Figs. 4 and 5 are views of a comparative example, respectively.
  • FIG. 6 shows a view of a development of the tool lateral surface of the machining tool according to the invention.
  • FIG. 1 and 2 show a machining tool with which both pre-machining and finish-machining of an inner wall 1 of a workpiece bore 3 can be carried out in a common process step, i.e. in a machining flow B (FIG. 3). . That
  • the machining tool has a tool base body 7 that can be fastened to a machine spindle 5 indicated by dashed lines.
  • a chip space 8 (FIG. 1) is located in front of each of the cutting edges 11, 13 in the direction of rotation of the tool.
  • Each of the pre-cutting edges 11 is formed with a longitudinal cutting edge 15, which extends along the tool axis of rotation A via a
  • Cutting length lv extends.
  • the longitudinal cutting edge 15 merges into a transverse cutting edge 19 at a cutting corner 17 facing the tool tip 9 .
  • the longitudinal cutting edge 15 of the respective pre-machining cutting edge 11 lies on a tool radius r. 7
  • the finishing cutting edge 13 is also formed with a longitudinal cutting edge 21, which extends along the tool axis of rotation A over a cutting edge length IF.
  • the longitudinal cutting edge 21 merges into a transverse cutting edge 25 at a cutting corner 23 facing the tool tip 9 .
  • the longitudinal cutting edge 21 of the finishing cutting edge 13 lies on a tool radius R, which is larger than the tool radius r of the longitudinal cutting edge 15 of the pre-machining cutting edge 11.
  • the pre-machining cutting edges 11 act as roughing cutting edges which, during the machining stroke B, remove material from the inner wall of the workpiece bore 3 by machining. This is significantly greater than the material removal effected by the finishing cutting edge 13 .
  • the finishing cutting edge 13 acts as a finishing cutting edge, which only removes a small amount of material from the inner wall of the workpiece bore 3 in fine machining.
  • the pitch spacing and the height positions Hi to H3 of the pre-machining cutting edges 11 are dimensioned in such a way that the feed Vf z per pre-machining cutting edge 11 (feed per tooth) is approximately the same, so that the cutting edge load for each pre-machining cutting edge 11 is roughly the same.
  • the three pre-machining cutting edges 11 and the finishing cutting edge 13 are not positioned with uniform spacing in the circumferential direction of the tool. Rather, in Figure 1, the three pre-machining cutting edges 11 are grouped in relation to the tool axis of rotation A on one side of the tool in an angular range a (e.g. 120°), while on the diametrically opposite side in relation to the tool axis of rotation A the Finishing cutting edge 13 is arranged. In this way, the process forces acting on the cutting edges 11, 13, ie cutting and/or shaping forces, can at least partially balance each other out. 8th
  • the pre-machining cutting edges 11 are arranged in the machining tool in such a way that the feed Vf Z per pre-machining cutting edge 11 (feed per tooth) is approximately the same and that the process forces acting on the cutting edges 11, 13, i.e. cutting and/or shaping forces, are at least partially balanced against one another.
  • FIG. 4 shows a conventional pre-machining tool.
  • the pre-machining tool (FIG. 4) has three pre-machining cutting edges 11 and no finishing cutting edge 13 .
  • the three pre-machining cutting edges 11 are positioned at the same axial height and at equal spacings (ie 120°) from one another in the circumferential direction (so that the tool can be supported evenly distributed in the circumferential direction on the inner wall of the bore), as shown in the development of Figure 5.
  • FIG. 5 results from a predefined feed f with a synchronized speed n.
  • FIG. This runs along feed lines 10.
  • the cutting path wi, W2, W3 extends spirally along the inner wall 3 of the bore.
  • the course of the cutting path is straight.
  • the cutting paths wi, W2, W3 do not overlap (or, if applicable, there is a slight overlap due to safety allowance), but rather border one another in the axial direction essentially without overlapping.
  • FIG. 6 shows a development of the lateral surface of the tool according to the invention, on the basis of which the positioning of the cutting edges 11, 13 in the tool circumferential direction and in the tool axial direction 9 are illustrated.
  • the processing results from a predefined feed f with a synchronized speed n. Accordingly, a cutting path wi, W2, W3 with a constant pitch ß is generated in the machining stroke B for each pre-machining cutting edge 11, which runs spirally along the inner wall of the bore 3 extends.
  • the course of the cutting path, which is produced by the pre-machining cutting edges 11, is straight.
  • the pre-machining cutting edges 11 are no longer positioned at the same axial height and with the same pitch spacing (e.g. 120°) in order to ensure even loading on the cutting edges and a compensation of the forces on the cutting edges 11, 13 acting process forces, that is to achieve cutting and / or forming forces. Rather, the pre-machining cutting edges 11 (compared to FIG. 5) are shifted along their cutting paths wi, W2, W3 (displacement indicated by arrows in FIG. 6; positions of the cutting edges 11 in the conventional tool are indicated by dashed lines), so that an even Cutting load of the pre-cutting edges 11 is achieved.
  • the pitch spacing e.g. 120°
  • the positioning of the pre-machining cutting edges 11 in the circumferential direction and in the axial direction is designed such that the cutting path width si, S2, S3 measured in the axial direction of the respective pre-machining cutting edge 11 is essentially identical to its respective cutting edge length lv. In this way, despite different pitch distances, the feed vtz per pre-machining cutting edge 11 is kept the same for all three pre-machining cutting edges 11, ie the cutting element load per pre-machining cutting edge 11 is kept the same.
  • the pitch distances in the circumferential direction of the tool and the height positions Hi to H3 of the pre-machining cutting edges 11 in the axial direction are designed, as shown in Figure 6 .
  • the cutting paths wi, W2, W3 of the cutting edges 11 overlap 10 not (or only slightly due to safety allowance). Rather, these adjoin one another without overlapping in the axial direction.
  • the finishing cutting edge 13 moves along a cutting path W4 with a constant pitch ⁇ and parallel to the cutting paths W1 to W3 of the pre-machining cutting edges 11 along the inner wall 1 of the bore.
  • a linear cutting path progression results.
  • the cutting path width S4 of the finishing blade 13 is substantially identical to the blade length IF thereof.
  • the cutting edge length IF of the finishing cutting edge 13 corresponds to the sum of the cutting edge lengths lv of all the pre-machining cutting edges 11 and possibly a safety allowance.
  • the position of the finishing cutting edge 13 in the circumferential direction and its flea position FU are designed so that the finishing cutting edge 13 lags behind the pre-machining cutting edges 11 in the tool rotating direction.
  • the cutting paths wi, W2, W3 of the pre-machining cutting edges 11 are completely covered by the cutting path W4 of the finishing cutting edge 13.
  • the axial heights Hi, H2, PI3, PU of the cutting edges 11, 13 are of particular importance in order to achieve a particularly effective compensation of the process forces acting on the cutting edges 11, 13, ie cutting and/or shaping forces.
  • the three pre-machining cutting edges 3 are positioned approximately on the same axial plane as the finishing cutting edge 3: This means that in FIG covered, as indicated by the broken flea lines 12 in FIG. Accordingly, in FIG. 6, the finishing cutting edge 13 and the lowest pre-machining 11

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungs-Werkzeug zur Schneid- und/ oder Formbearbeitung der Innenwandung (1) einer Werkstück- Bohrung (3), wobei in einem Bearbeitungs-Hub (B) das Bearbeitungs- Werkzeug koaxial zur Bohrungsachse mit einem vorzugsweise konstanten Vorschub (f) in die Werkstück-Bohrung (3) absenkbar ist, und nach erfolgtem Bearbeitungs-Hub (B) das Bearbeitungs- Werkzeug in einem Reversier-Hub koaxial aus der bearbeiteten Werkstück-Bohrung (3) herausführbar ist. Erfindungsgemäß weist das Bearbeitungs-Werkzeug in Kombination zumindest zwei erste Funktionsschneiden (11) und zumindest eine davon unterschiedliche zweite Funktionsschneide (13) auf. Die Teilungsabstände der ersten Funktionsschneiden (11) und die Teilungsabstände der zweiten Funktionsschneiden (13) sind so bemessen, dass sich die auf die Schneiden (11, 13) wirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/ oder Formkräfte, zumindest teilweise ausgleichen.

Description

Bearbeitungs-Werkzeug zur Schneid- und/oder Formbearbeitung der Innenwandung einer Werkstück-Bohrung
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungs-Werkzeug zur Schneid- und/oder Formbearbeitung der Innenwandung einer insbesondere dünnwandigen Werkstück-Bohrung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Oberflächenbearbeitung der Innenwandung einer dünnwandigen Werkstück-Bohrung kann in einer Prozesskette erfolgen, bei der zunächst in einem Anlieferungszustand eine Werkstück-Vorbohrung bereitgestellt wird. In einem Bearbeitungs-Hub wird das Bearbeitungs-Werkzeug koaxial zur Bohrungsachse mit einem Vorschub sowie einer damit synchronisierten Drehzahl in die Werkstück-Vorbohrung abgesenkt. Nach Beendigung des Bearbeitungs-Hubes erfolgt ein Reversier-Hub, bei dem das Bearbeitungs- Werkzeug koaxial aus der bearbeiteten Werkstück-Bohrung herausgeführt wird.
Bei einer hohen Qualitätsanforderung an die Werkstück-Bohrung erfolgt in gängiger Praxis ein mehrstufiger Prozess, bei dem die Innenwandung der Werkstück-Bohrung mit voneinander separaten Vorbearbeitungs- Werkzeugen (zum Beispiel Schrupp-Werkzeug) und Fertigbearbeitungs- Werkzeugen (zum Beispiel Schlicht-Werkzeug) bearbeitet werden. Dies ist mit einer langen Prozessdauer sowie mit einem hohen Maschinenverschleiß verbunden. Zudem weist eine dünnwandige Werkstück-Bohrung eine reduzierte Formstabilität auf. Dies führt bei der Bearbeitung mit unterschiedlichen Werkzeugen zu einer Formänderung der Werkstück- Bohrung, wodurch es zu Qualitätseinbußen bei der Oberflächenbearbeitung der Innenwand der Werkstück-Bohrung kommt. 2
Aus der WO 2013/139844 A1 ist ein Fräsbohrwerkzeug bekannt. Aus der DE 102015 113541 B3 ist ein Fräswerkzeug bekannt. Aus der DE 102014006845 B4 ist ein Werkzeug zum Aufrauen einer metallischen Oberfläche bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bearbeitungs-Werkzeug zur Bearbeitung der Innenwandung einer insbesondere dünnwandigen Werkstück-Bohrung bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Bearbeitung im Vergleich zum Stand der Technik fertigungstechnisch günstiger sowie mit gesteigerter Bearbeitungsqualität durchführbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Die Erfindung geht von einem Bearbeitungs-Werkzeug aus, das in einem Bearbeitungs-Flub koaxial zur Bohrungsachse mit einem Vorschub sowie einer damit synchronisierten Drehzahl in die Werkstück-Bohrung abgesenkt wird. Nach erfolgtem Bearbeitungs-Hub wird das Bearbeitungs-Werkzeug in einem Reversier-Hub koaxial aus der bearbeiteten Werkstück-Bohrung herausgeführt. Sinngemäß werden im Anspruch 1 für die Bearbeitung der Innenwandung der Werkstück-Bohrung nicht mehr voneinander separate Vor- und Fertigbearbeitungs-Werkzeuge verwendet. Vielmehr weist das Bearbeitungs-Werkzeug in Kombination zumindest zwei Vorbearbeitungs- Schneide, insbesondere Schrupp-Schneide, und zumindest eine Fertigbearbeitungs-Schneiden, insbesondere Schlicht-Schneide, auf. Die Teilungsabstände zwischen den Vorbearbeitungsschneiden und die Teilungsabstände zwischen den Fertigbearbeitungs-Schneiden (das heißt deren Positionierung in der Werkzeug-Umfangsrichtung) sind so bemessen, dass sich die auf die Schneiden wirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, zumindest teilweise ausgleichen, um eine stabilen Bearbeitungsprozess zu gewährleisten, bei dem speziell dünnwandige Werkstück-Bohrungen keiner oder nur einer geringfügigen Formänderung unterworfen sind. 3
Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf die Kombination von Vorbearbeitungs-Schneiden und Fertigbearbeitungs-Schneiden beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung auch allgemein auf eine Kombination von ersten Funktionsschneiden und davon unterschiedlichen zweiten Funktionsschneiden angewendet werden. Im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung wird nachfolgend speziell Bezug auf eine Kombination von zumindest zwei Vorbearbeitungs-Schneiden und einer Fertigbearbeitungs-Schneide genommen: In einer technischen Umsetzung kann jede der Vorbearbeitungs-Schneiden eine entlang der Werkzeug-Drehachse über eine Schneidenlänge verlaufende Längsschneidkante aufweisen. Diese kann insbesondere an einer, der Werkzeugspitze zugewandten Schneidenecke in eine Querschneidkante übergehen. In gleicher Weise kann auch die Fertigbearbeitungs-Schneide eine entlang der Werkzeug-Drehachse über eine Schneidenlänge verlaufende Längsschneidkante aufweisen. Diese kann ebenfalls an einer, der Werkzeugspitze zugewandten Schneidenecke in eine Querschneidkante übergehen. Die Längsschneidkante der Fertigbearbeitungs-Schneide liegt dabei auf einem Werkzeugradius, der größer ist als der Werkzeugradius, auf dem die Längsschneidkante der Vorbearbeitungs-Schneidkante liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt mit Hilfe der Vorbearbeitungs- Schneiden und/oder mit Hilfe der Fertigbearbeitungs-Schneide unter Spanbearbeitung ein Materialabtrag in Radialrichtung der Werkstück- Bohrung. Mit Hilfe der Vorbearbeitungs-Schneiden kann eine Grobbearbeitung durchgeführt werden, und zwar mit entsprechend großem Materialabtrag an der Innenwandung der Werkstück-Bohrung.
Demgegenüber kann mit Hilfe der Fertigbearbeitungs-Schneide eine Feinbearbeitung erfolgen, bei der ein im Vergleich zur Vorbearbeitung stark reduzierter Materialabtrag an der Innenwandung der Werkstück-Bohrung erfolgt. 4
In einer konkreten Ausführungsvariante kann das Bearbeitungs-Werkzeug genau eine Fertigbearbeitungs-Schneide und zumindest zwei oder mehrere Vorbearbeitungs-Schneiden aufweisen. Die Schneiden sind bevorzugt nicht über konstante Teilungsabstände am Bearbeitungs-Werkzeug angeordnet. Vielmehr ist es im Hinblick auf einen Ausgleich der auf die Schneiden wirkenden Prozesskräften bevorzugt, wenn mit Bezug auf die Werkzeug- Drehachse auf einer Seite die Vorbearbeitungs-Schneiden gruppiert sind und auf der diametral gegenüberliegenden Seite die eine Fertigbearbeitungs- Schneide angeordnet ist. In diesem Fall können die Vorbearbeitungs- und Fertigbearbeitungs-Schneiden in der Werkzeug-Umfangsrichtung über unterschiedliche Teilungsabstände voneinander beabstandet sein und/oder in Axialrichtung in unterschiedlichen Höhenpositionen, das heißt mit Höhen versetzen, am Bearbeitungs-Werkzeug angeordnet sein. In einer bevorzugten Weiterbildung können die Teilungsabstände und die Höhenpositionen der Vorbearbeitungs-Schneiden derart ausgewählt sein, dass die Schneidenbelastung pro Vorbearbeitungs-Schneide in etwa gleich ist, das heißt der Vorschub pro Vorbearbeitungs-Schneide (Zahnvorschub) in etwa gleich ist. Im Bearbeitungs-Hub wird aufgrund des Werkzeug- Vorschubs sowie der damit synchronisierten Werkzeug-Drehzahl jede der Vorbearbeitungs-Schneiden über zueinander parallele Schnittwege mit einer konstanten Steigung spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung bewegt. Bei einer Abwicklung der Innenwandung der Werkstück-Bohrung ergibt sich daher ein geradliniger Schnittweg-Verlauf. Die in der Axialrichtung gemessene Schnittweg-Breite der jeweiligen Vorbearbeitungs-Schneide ist dabei identisch mit deren Schneidenlänge. Zur Reduzierung der Werkzeug- Belastung sind die Teilungsabstände sowie die Höhenpositionen der Vorbearbeitungs-Schneiden so ausgelegt, dass sich deren Schnittwege nicht (oder nur geringfügig) überlappen, sondern vielmehr die Schnittwege in Axialrichtung überlappungsfrei aneinandergrenzen.
Analog zum oben beschriebenen Bewegungsmuster der Vorbearbeitungs- Schneiden bewegt sich auch die Fertigbearbeitungs-Schneide während des Bearbeitungs-Hubs über einen Schnittweg mit konstanter Steigung sowie 5 parallel zu den Schnittwegen der Vorbearbeitungs-Schneiden spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung. In einer Abwicklung der Innenwandung der Werkstück-Vorbohrung ergibt sich daher ein geradliniger Schnittweg-Verlauf. Die in Axialrichtung gemessene Schnittweg-Breite der Fertigbearbeitungs-Schneide ist dabei identisch mit deren Schneidenlänge.
Um eine hohe Bearbeitungsqualität mit äußerst glattflächiger Innenwandung zu erzielen, ist es bevorzugt, wenn die Schneidenlänge der Fertigbearbeitungs-Schneide in etwa der Summe sämtlicher Schneidenlängen der Vorbearbeitungs-Schneiden entspricht oder gegebenenfalls um ein Sicherheitsaufmaß größer ist. In diesem Fall kann die Position der Fertigbearbeitungs-Schneide in Umfangsrichtung sowie deren Flöhenposition in Axialrichtung so ausgelegt sein, dass sich im Bearbeitungs- Hub folgendes Bewegungsmuster ergibt: so kann die Fertigbearbeitungs- Schneide den Vorbearbeitungs-Schneiden in der Werkzeug-Drehrichtung nacheilen. Zudem kann der Schnittweg der Fertigbearbeitungs-Schneide die Schnittwege der Vorbearbeitungs-Schneiden bevorzugt komplett überdecken. Um einen besonders wirkungsvollen Ausgleich der auf die Schneiden einwirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, zu erzielen, sind die Axial-Höhen (d.h. Hi, H2, H3, H4) der Schneiden von besonderer Bedeutung. Beispielhaft können die Vorbearbeitung-Schneiden in etwa auf gleicher axialer Höhe wie die Fertigbearbeitungs-Schneide positioniert sein: In diesem Fall kann die Fertigbearbeitungs-Schneide - in Umfangsrichtung betrachtet - die Vorbearbeitungs-Schneiden zumindest teilweise, insbesondere vollständig überdeckt, so dass ein wirkungsvoller Prozesskraft-Ausgleich erfolgt. Bevorzugt ist es, wenn die Fertigbearbeitungs-Schneide und die Vorbearbeitungs-Schneide, die der Werkzeugspitze axial am nächsten ist, auf gleichem axialem Höhenniveau ab. Im Unterschied dazu kann die Fertigbearbeitungs-Schneide die Vorbearbeitungs-Schneide 11 , die axial am entferntesten von der Werkzeugspitze ist, in Axialrichtung mit einem Axial-Überstand überragen. 6
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 und 2 jeweils Ansichten des Bearbeitungs-Werkzeugs in Alleinstellung;
Fig. 3 das Bearbeitungs-Werkzeug während des Bearbeitungs- Hubes; und
Fig. 4 und 5 jeweils Ansichten eines Vergleichsbeispiels; und
Fig. 6 eine Ansicht einer Abwicklung der Werkzeug-Mantelfläche des erfindungsgemäßen Bearbeitungs-Werkzeugs.
In der Figur 1 und 2 ist ein Bearbeitungs-Werkzeug gezeigt, mit dem in einem gemeinsamen Prozessschritt, das heißt in einem Bearbeitungs-Flub B (Figur 3), sowohl eine Vorbearbeitung als auch eine Fertigbearbeitung einer Innenwandung 1 einer Werkstück-Bohrung 3 durchführbar ist. Das
Bearbeitungs-Werkzeug weist in der Figur 1 einen, an einer gestrichelt angedeuteten Maschinenspindel 5 befestigbaren Werkzeug-Grundkörper 7 auf. Im Bereich der Werkzeugspitze 9 sind am Werkzeug-Grundkörper 7 außenumfangsseitig insgesamt drei Vorbearbeitungs-Schneiden 11 mit identischer Schneidengeometrie sowie genau eine Fertigbearbeitungs-
Schneide 13 ausgebildet. Jeder der Schneiden 11, 13 ist in der Werkzeug- Drehrichtung jeweils ein Spanraum 8 (Figur 1) vorgelagert.
Jede der Vorbearbeitungs-Schneiden 11 ist mit einer Längsschneidkante 15 ausgebildet, die sich entlang der Werkzeug-Drehachse A über eine
Schneidenlänge lv erstreckt. Die Längsschneidkante 15 geht an einer, der Werkzeugspitze 9 zugewandten Schneidenecke 17 in eine Querschneidkante 19 über. In der Figur 1 liegt die Längsschneidkante 15 der jeweiligen Vorbearbeitungs-Schneide 11 auf einem Werkzeugradius r. 7
In gleicher Weise ist auch die Fertigbearbeitungs-Schneide 13 mit einer Längsschneidkante 21 ausgebildet, die sich entlang der Werkzeug- Drehachse A über eine Schneidenlänge IF erstreckt. Die Längsschneidkante 21 geht an einer, der Werkzeugspitze 9 zugewandten Schneidenecke 23 in eine Querschneidkante 25 über. In der Figur 1 liegt die Längsschneidkante 21 der Fertigbearbeitungs-Schneide 13 auf einem Werkzeugradius R, der größer bemessen ist als der Werkzeugradius r der Längsschneidkante 15 der Vorbearbeitungs-Schneide 11.
In den Figuren wirken die Vorbearbeitungs-Schneiden 11 als Schrupp- Schneiden, die während des Bearbeitungs-Hubs B unter Spanbearbeitung einen Materialabtrag von der Innenwandung der Werkstück-Bohrung 3 durchführen. Dieser ist wesentlich größer als der von der Fertigbearbeitungs- Schneide 13 bewirkte Materialabtrag. Die Fertigbearbeitungs-Schneide 13 wirkt als eine Schlicht-Schneide, die in einer Feinbearbeitung lediglich einen geringfügigen Materialabtrag von der Innenwandung der Werkstück-Bohrung 3 durchführt. In dem Bearbeitungs-Werkzeug sind die Teilungsabstände sowie die Höhenpositionen Hi bis H3 der Vorbearbeitungs-Schneiden 11 derart bemessen, dass der Vorschub Vf z pro Vorbearbeitungs-Schneide 11 (Zahnvorschub) in etwa gleich ist, so dass die Schneidenbelastung für jede Vorbearbeitungs-Schneide 11 in etwa gleich ist. Zudem sind gemäß der Figur 1 die drei Vorbearbeitungs-Schneiden 11 sowie die Fertigbearbeitungs- Schneide 13 nicht mit gleichmäßigen Teilungsabständen in Werkzeug- Umfangsrichtung positioniert. Vielmehr sind in der Figur 1 die drei Vorbearbeitungs-Schneiden 11 mit Bezug auf die Werkzeug-Drehachse A auf einer Werkzeugseite in einem Winkelbereich a (zum Beispiel 120°) gruppiert, während auf der mit Bezug auf die Werkzeug-Drehachse A diametral gegenüberliegenden Seite die Fertigbearbeitungs-Schneide 13 angeordnet ist. Auf diese Weise können sich die auf die Schneiden 11, 13 einwirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, zumindest teilweise gegeneinander ausgleichen. 8
Wie oben beschrieben, sind die Vorbearbeitungs-Schneiden 11 im Bearbeitungs-Werkzeug so angeordnet, dass der Vorschub VfZ pro Vorbearbeitungs-Schneide 11 (Zahnvorschub) in etwa gleich ist und dass die auf die Schneiden 11, 13 einwirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, zumindest teilweise gegeneinander ausglichen werden.
Im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung wird auf das in den Figuren 4 und 5 gezeigte Vergleichsbeispiel verwiesen, das ein herkömmliches Vorbearbeitungs-Werkzeug zeigt. Das Vorbearbeitungs- Werkzeug (Figur 4) weist drei Vorbearbeitungs-Schneiden 11 sowie keine Fertigbearbeitungs-Schneide 13 auf. Ein gleicher Vorschub VfZ pro Vorbearbeitungs-Schneide 11 (Zahnvorschub) sowie ein Ausgleich der auf die Schneiden 11 einwirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, wird in den Figuren 4 und 5 wie folgt bewerkstelligt: Die drei Vorbearbeitungs-Schneiden 11 sind auf gleicher axialer Höhe positioniert sowie in gleichen Teilungsabständen (d.h. 120°) voneinander in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet (damit sich das Werkzeug in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt auf der Bohrungs-Innenwand abstützen kann), wie es in der Abwicklung der Figur 5 gezeigt ist. Die Abwicklung der Figur 5 ergibt sich bei einem vordefinierten Vorschub f mit damit synchronisierter Drehzahl n. Entsprechend wird in der Figur 5 im Bearbeitungs-Hub B für jede Vorbearbeitungs-Schneide 11 ein Schnittweg wi, W2, W3 mit konstanter Steigung ß erzeugt. Dieser verläuft entlang von Vorschublinien 10. Der Schnittweg wi, W2, W3 erstreckt sich spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung 3. In der in der Figur 5 gezeigten Abwicklung ist der Schnittweg-Verlauf geradlinig. Zudem überlappen sich die Schnittwege wi, W2, W3 nicht (oder ggf. geringfügige Überlappung aufgrund von Sicherheitsaufmaß), sondern grenzen diese vielmehr in der Axialrichtung im Wesentlichen überlappungsfrei aneinander.
In der Figur 6 ist eine Abwicklung der erfindungsgemäßen Werkzeug- Mantelfläche gezeigt, anhand der die Positionierungen der Schneiden 11, 13 in der Werkzeug-Umfangsrichtung sowie in der Werkzeug-Axialrichtung 9 veranschaulicht sind. Die Abwicklung ergibt sich bei vordefiniertem Vorschub f mit damit synchronisierter Drehzahl n. Demnach wird im Bearbeitungs-Hub B für jede Vorbearbeitungs-Schneide 11 ein Schnittweg wi, W2, W3 mit konstanter Steigung ß erzeugt, der sich jeweils spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung 3 erstreckt. In der in der Figur 6 gezeigten Abwicklung ist der Schnittweg-Verlauf, der von den Vorbearbeitungs- Schneiden 11 erzeugt wird, geradlinig.
In der Abwicklung der Figur 6 sind die Vorbearbeitungs-Schneiden 11 (im Gegensatz zur herkömmlichen Abwicklung der Figur 5) nicht mehr auf gleicher axialer Höhe sowie mit gleichen Teilungsabständen (z.B. 120°) positioniert, um eine gleichmäßige Schneidenbelastung sowie einen Ausgleich von auf die Schneiden 11, 13 einwirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte zu erzielen. Vielmehr sind die Vorbearbeitungs-Schneiden 11 (im Vergleich zur Figur 5) entlang ihrer Schnittwege wi, W2, W3 verschoben (Verlagerung in Figur 6 mit Pfeilen angedeutet; Positionen der Schneiden 11 im herkömmlichen Werkzeug gestrichelt angedeutet), so dass nach wie vor eine gleichmäßige Schneidenbelastung der Vorbearbeitungs-Schneiden 11 erzielt wird.
Die Positionierungen der Vorbearbeitungs-Schneiden 11 in Umfangsrichtung sowie in Axialrichtung ist so ausgelegt, dass die in Axialrichtung gemessene Schnittwegbreite si, S2, S3 der jeweiligen Vorbearbeitungs-Schneide 11 im Wesentlichen identisch mit deren jeweiligen Schneidenlänge lv ist. Auf diese Weise wird trotz unterschiedlicher Teilungsabstände der Vorschub vtz pro Vorbearbeitungs-Schneide 11 für alle drei Vorbearbeitungs-Schneiden 11 gleich gehalten, d.h. die Schneidelemente-Belastung pro Vorbearbeitungs- Schneide 11 gleich gehalten. Um die auf die Schneiden 11, 13 einwirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, auszugleichen, sind die Teilungsabstände in Werkzeug-Umfangsrichtung sowie die Höhenpositionen Hi bis H3 der Vorbearbeitungs-Schneiden 11 in Axialrichtung ausgelegt, wie in der Figur 6 dargestellt. Die Schnittwege wi, W2, W3der Schneiden 11 überlappen sich 10 nicht (oder nur geringfügig aufgrund Sicherheitsaufmaß). Vielmehr grenzen diese in Axialrichtung überlappungsfrei aneinander.
Wie aus der Figur 6 weiter hervorgeht, bewegt sich die Fertigbearbeitungs- Schneide 13 über einen Schnittweg W4 mit konstanter Steigung ß sowie parallel zu den Schnittwegen wi bis W3 der Vorbearbeitungs-Schneiden 11 entlang der Bohrungs-Innenwandung 1 . In der in der Figur 6 gezeigten Abwicklung ergibt sich somit bei vordefiniertem Werkzeug-Vorschub f und damit synchronisierter Drehzahl n ein geradliniger Schnittweg-Verlauf. In der Axialrichtung betrachtet ist die Schnittwegbreite S4 der Fertigbearbeitungs- Schneide 13 im Wesentlichen identisch mit deren Schneidenlänge IF.
Im Hinblick auf eine qualitativ hochwertige Oberflächenbearbeitung entspricht die Schneidenlänge IF der Fertigbearbeitungs-Schneide 13 der Summe aus den Schneidenlängen lv sämtlicher Vorbearbeitungs-Schneiden 11 und gegebenenfalls aus einem Sicherheitsaufmaß.
Die Position der Fertigbearbeitungs-Schneide 13 in der Umfangsrichtung sowie deren Flöhenposition FU ist so ausgelegt, dass die Fertigbearbeitungs- Schneide 13 den Vorbearbeitungs-Schneiden 11 in der Werkzeug- Drehrichtung nacheilt. Zudem werden die Schnittwege wi, W2, W3 der Vorbearbeitungs-Schneiden 11 vom Schnittweg W4 der Fertigbearbeitungs- Schneide 13 komplett überdeckt.
Um einen besonders wirkungsvollen Ausgleich der auf die Schneiden 11 , 13 einwirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, zu erzielen, sind die Axial-Höhen Hi, H2, PI3, PU der Schneiden 11 , 13 von besonderer Bedeutung. Gemäß der Figur 6 sind die drei Vorbearbeitung- Schneiden 3 in etwa auf gleicher axialer Flöhe wie die Fertigbearbeitungs- Schneide 3 positioniert: D.h., dass in der Figur 6 die Fertigbearbeitungs- Schneide 13 - in Umfangsrichtung betrachtet - die drei Vorbearbeitungs- Schneiden 11 nahezu vollständig überdeckt, wie es in der Figur 6 durch die gestrichelten Flöhenlinien 12 angedeutet. Demnach schließt in der Figur 6 die Fertigbearbeitungs-Schneide 13 und die unterste Vorbearbeitungs- 11
Schneide 11 (die der Werkzeugspitze 9 am nächsten ist) auf einer gleichen Höhenlinie 12 ab. Im Unterschied dazu überragt die Fertigbearbeitungs- Schneide 13 die oberste Vorbearbeitungs-Schneide 11 (die am entferntesten von der Werkzeugspitze 9 ist) in Axialrichtung mit einem Axial-Überstand Aa.
12
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 Innenwandung 3 Werkstück-Bohrung
5 Maschinenspindel 7 Werkzeug-Grundkörper
9 Werkzeugspitze
10 Vorschublinien 11 Vorbearbeitungs-Schneide 12 Höhenlinien 13 Fertigbearbeitungs-Schneide 15 Längsschneidkante 17 Schneidenecke 19 Querschneidkante
21 Längsschneidkante 23 Schneidenecke 25 Querschneidkante
Hi bis H Höhenpositionen wi bis W4 Schnittwege der Schneiden 11, 13 si bis S4 Schnittwegbreite Iv Schneidenlänge der Vorbearbeitungs-Schneiden IF Schneidenlänge der Fertigbearbeitungs-Schneide a Winkelbereich ß Steigung f Werkzeug-Vorschub n Werkzeug-Drehzahl
Vfz Vorschub pro Vorbearbeitungs-Schneide
Vfu Vorschub pro Werkzeug-Umdrehung A Werkzeug-Drehachse B Bearbeitungs-Hub r Radius der Kreisbahn, entlang der sich die Vorbearbeitungs- Schneide bewegt 13
R Radius der Kreisbahn, entlang der sich die Fertigbearbeitungs-
Schneide bewegt
Aa Axial-Überstand

Claims

14
PATENTANSPRÜCHE: 1. Bearbeitungs-Werkzeug zur Schneid- und/oder Formbearbeitung der
Innenwandung (1 ) einer Werkstück-Bohrung (3), wobei in einem Bearbeitungs-Hub (B) das Bearbeitungs-Werkzeug koaxial zur Bohrungsachse mit einem vorzugsweise konstanten Vorschub (f) in die Werkstück-Bohrung (3) absenkbar ist, und nach erfolgtem Bearbeitungs-Hub (B) das Bearbeitungs-Werkzeug in einem Reversier-
Hub koaxial aus der bearbeiteten Werkstück-Bohrung (3) herausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungs-Werkzeug in Kombination zumindest zwei erste Funktionsschneiden (11 ) und zumindest eine davon unterschiedliche zweite Funktionsschneide (13) aufweist, und dass insbesondere die Teilungsabstände der ersten Funktionsschneiden (11 ) und die Teilungsabstände der zweiten Funktionsschneiden (13) so bemessen sind, dass sich die auf die Schneiden (11 , 13) wirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, zumindest teilweise ausgleichen.
2. Bearbeitungs-Werkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleich der Schnitt- und/oder Formkräfte mittels der sich gegen die Bohrungs-Innenwandung abstützenden Schneiden (11 , 13) erfolgt und/oder mittels davon separater Stützleisten erfolgt, die am Werkzeug-Grundkörper (7) ausgebildet sind.
3. Bearbeitungs-Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der zumindest zwei ersten
Funktionsschneiden (11 ) auf einem Werkzeugradius (r) liegt, und dass die zweite Funktionsschneide (13) auf einem Werkzeugradius (R) liegt, der größer als der Werkzeugradius (r) der Längsschneidkante (15) der ersten Funktionsschneide (11 ) ist, und/oder dass die ersten 15
Funktionsschneiden (11 ) jeweils Vorbearbeitungs-Schneiden, insbesondere Schruppschneiden, sind, und die zweite Funktionsschneide (13) eine Fertigbearbeitungs-Schneide, insbesondere eine Schlichtschneide, ist, oder dass alternativ die zweite Funktionsschneide (13) eine Vorbearbeitungs-Schneide, insbesondere
Schruppschneide, ist und die ersten Funktionsschneiden (11) Fertigbearbeitungs-Schneiden, insbesondere Schlichtschneiden, sind, oder dass mittels der Vorbearbeitungs-Schneide (11 ) und/oder mittels der Fertigbearbeitungs-Schneide (13) ein Materialabtrag erfolgt, und dass insbesondere der von der Vorbearbeitungs-Schneide (11 ) bewirkte Materialabtrag größer ist als der von der Fertigbearbeitungs- Schneide (13) bewirkte Materialabtrag. Bearbeitungs-Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungs-Werkzeug genau eine Fertigbearbeitungs-
Schneide (13) und zumindest zwei Vorbearbeitungs-Schneiden (11 ) aufweist, und/oder dass insbesondere die ersten Funktionsschneiden (11), insbesondere die Vorbearbeitungs-Schneiden (11), in Axialrichtung in unterschiedlichen Flöhenpositionen (Hi bis Fta) am Bearbeitungs-Werkzeug angeordnet sind und/oder in der Werkzeug-
Umfangsrichtung über Teilungsabstände voneinander beabstandet sind. Bearbeitungs-Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsabstände und die Höhenpositionen (Hi bis H3) der ersten Funktionsschneiden (11), insbesondere Vorbearbeitungs- Schneiden (11), derart bemessen sind, dass der Vorschub (vtz) pro Schneide (11) (Zahnvorschub) in etwa gleich ist, so dass die Schneidenbelastung pro Schneide (11) in etwa gleich ist. Bearbeitungs-Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bearbeitungs-Hub (B) die ersten Funktionsschneiden (11) über zueinander parallele Schnittwege (wi, W2, W3) mit einer konstanten Steigung (ß) spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung (1) 16 bewegen, so dass insbesondere sich in einer Abwicklung ein im Wesentlicher geradliniger Schnittweg-Verlauf ergibt, und dass insbesondere jede der ersten Funktionsschneiden (11 ) die in Axialrichtung gemessene Schnittwegbreite (si, S2, S3) überdeckt, und dass insbesondere sich im Bearbeitungs-Hub (B) die zweite
Funktionsschneide, insbesondere Fertigbearbeitungs-Schneide (13), über einen Schnittweg (W4) parallel zu den Schnittwegen (wi, W2, W3) der ersten Funktionsschneiden, insbesondere Vorbearbeitungs- Schneiden (11), spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung (1) bewegt, und dass insbesondere die zweite Funktionsschneide (13), insbesondere Fertigbearbeitungs-Schneide, die in Axialrichtung gemessene Schnittwegbreite (S4) überdeckt.
7. Bearbeitungs-Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenlänge (IF) der Fertigbearbeitungs-Schneide (13) der
Summe der Schneidenlängen (lv) sämtlicher Vorbearbeitungs- Schneiden (11) in etwa entspricht, oder gegebenenfalls um ein Sicherheitsaufmaß größer ist. 8. Bearbeitungs-Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Fertigbearbeitungs-Schneide (13) in Umfangsrichtung und/oder deren Höhenposition (H4) in Axialrichtung so bemessen sind, dass die Fertigbearbeitungs-Schneide (13) den Vorbearbeitungs-Schneiden (11) in Werkzeug-Drehrichtung nacheilt, und dass insbesondere der Schnittweg (W4) der Fertigbearbeitungs-
Schneide (13) die Schnittwege (wi, W2, W3) der Vorbearbeitungs- Schneiden (11) insbesondere komplett überdeckt.
9. Bearbeitungs-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Funktionsschneiden (11 ), insbesondere Vorbearbeitungs-Schneiden, in einem Winkelbereich (a) gruppiert sind, und dass die zweite Funktionsschneide (13), insbesondere Fertigbearbeitungs-Schneide, mit Bezug auf die 17
Werkzeug-Drehachse (A) auf der gegenüberliegenden Seite positioniert ist. Bearbeitungs-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen gesteigerten Ausgleich der auf die Schneiden (11, 13) wirkenden Prozesskräfte, das heißt Schnitt- und/oder Formkräfte, die zweite Funktionsschneide, insbesondere Fertigbearbeitungs-Schneide (13), in Umfangrichtung betrachtet die zumindest zwei ersten Funktionsschneiden, insbesondere Vorbearbeitungs-Schneide (11), zumindest teilweise, insbesondere vollständig überdeckt.
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