CH708612B1 - Entgratungswerkzeug und Verfahren zum Betreiben eines solchen. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entgratungswerkzeug (1) zum Entgraten von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine. Das Entgratungswerkzeug (1) umfasst ein erstes Teil (2) mit einem Einspannelement (3), welches an einem ersten Ende des Entgratungswerkzeugs (1) ausgebildet ist, um das Entgratungswerkzeug (1) in eine angetriebene Spannvorrichtung einer Werkzeugmaschine einzuspannen. Es umfasst weiter ein zweites Teil (5), welches am ersten Teil (2) ausschliesslich in Richtung der Längsachse (Z) verschiebbar und rotationsgekoppelt gelagert ist. Ein Federelement (6) ist so ausgelegt, dass es eine Rückstellkraft zwischen dem ersten Teil (2) und dem zweiten Teil (5) ausübt. Das Entgratungswerkzeug (1) umfasst weiter einen konischen Entgratungsfräskopf (7), welcher vom ersten Teil (2) gehalten wird. Das Federelement (6) ist so ausgestaltet, dass es in Richtung der Längsachse (Z) eine Rückstellkraft im Bereich von zwischen 4 und 20 N aufrechterhält und das Entgratungswerkzeug (1) weist eine Rotationssymmetrie auf, die so ausgestaltet ist, dass es mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 10 000–15 000 U/min ohne Unwuchteffekte betreibbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Entgratungswerkzeugs (1) und eine Werkzeugmaschine.

Description

Beschreibung

Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft Entgratungswerkzeuge zum Entgraten von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine. Sie betrifft weiter Verfahren zum Betreiben von derartigen Entgratungswerkzeugen und Werkzeugmaschinen, welche erfindungsgemässe Entgratungswerkzeuge aufweisen.

Stand der Technik [0002] Bei der Herstellung mechanischer Werkstücke entstehen bei Bearbeitungs- oder Herstellvorgängen Kanten oder Splitter am Werkstück, welche als Grate bezeichnet werden. Diese Grate müssen mechanisch entfernt werden. Weil ein erhebliches Risiko besteht, das Werkstück bei automatischer Entgrätung zu beschädigen, müssen Grate oft manuell entfernt werden. Dieser Arbeitsschritt ist aber aufwendig und kann die Leistung einer ansonsten vollständig automatisierten Bearbeitungsanlage schmälern. Es besteht somit ein Bedürfnis nach einem Entgratungswerkzeug, welches sich in einer automatisierten Bearbeitungsanlage integrieren lässt und welches zuverlässig, ohne Beschädigung des Werkstücks, insbesondere eines Gussteils, Grate entfernen kann.

[0003] In der DE 10 2008 056 682 B2 (Born, R.) wird ein Fräs- und Entgratungswerkzeug gezeigt, welches zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine geeignet ist. Das gezeigte Entgratungswerkzeug soll besonders dazu geeignet sein, trotz einer Unwucht oder einer Abweichung einer vorgegebenen Bearbeitungskurve, das Werkstück problemlos und schonend zu entgraten. Der Fräskopf wird mit einer Halteeinrichtung fest verbunden, welche in axialer Richtung ihrer Drehachse entgegen einer Rückstellkraft gelagert ist. Ein erster Anschlag ermöglicht eine variable Einstellung der Hubhöhe des Fräskopfes. Bei Unebenheiten des Werkstücks führt ein solcher Fräskopf keine seitlichen Ausweichbewegungen durch und die Anpresskraft kann beinahe konstant gehalten werden. Die erforderliche Rückstellkraft kann über eine Feder erzeugt werden. Mit dem gezeigten Fräskopf werden aber keine Unwuchteffekte vermieden, sondern lediglich aufgefangen.

[0004] Auch die DE 10 2005 038 902 B4 (Dürr, B.) zeigt ein Entgratungswerkzeug der eingangs genannten Art, das besonders geeignet sein soll, seine Funktionen auch bei kleiner Konstruktionsgrösse beizubehalten. Auch soll das Werkzeug insgesamt in seiner Nachgiebigkeit verbessert werden. Dazu wird das Werkzeug zweiteilig in einen Halter und ein Aufnahmeteil unterteilt, welche zueinander und quer zu seiner Drehachse längsseitig bewegbar ausgestaltet sind. Zusätzlich wirkt eine Rückstellkraft aus einer federzentrierten Mittelstellung in beide Bewegungsrichtungen, die in dieser zusätzlichen Bewegungsachse möglich sind. Insgesamt wird somit ein Stossen und Schlagen des Werkzeugs gedämpft. Die Rückstellkraft wird in dieser Druckschrift so bemessen, dass sie wenigstens so gross ist, dass sie bei einem manuell durchzuführenden Entgratungsvorgang manuell überbrückbar ist. Durch eine zu hohe Rückstellkraft kann es aber Vorkommen, dass das Werkstück dennoch vom Fräskopf beschädigt wird, insbesondere wenn es aufgrund von Unwuchteffekten zu einem Schlagen des Werkzeugs kommt.

[0005] Aus der JP 4.153.401 B2 ist eine Aufnahmevorrichtung für ein Werkzeug bekannt, welche an einem Ende eine Werkzeugspanneinrichtung zur lösbaren Aufnahme des Schaftes des Werkzeugs und am anderen, maschinenseitigen Ende einen Aufnahmebolzen mit der Befestigungsöffnung vom Typ HSK aufweist. Eine Kompressionsfeder wirkt als Energiespeicher. Der Aufnahmebolzen ist in Richtung der Längsachse mit einem Gehäuseteil verbunden. In dem Gehäuse ist die durch den Werkzeughalter gebildete Spindel in Richtung der Achse bewegbar. Auf die Spindel ist eine Rotationsbewegung einspeisbar, indem der Mitnehmer mit dem gehäuseartigen Grundkörper und der Halteeinrichtung in Eingriff steht. Die Kompressionsfeder ist in Richtung der Achse zwischen dem Aufnahmebolzen und dem einen Ende der Spindel angeordnet. An dem anderen Ende der Spindel ist die Werkzeugspanneinrichtung angeordnet. Die Spindel ist mittels der Kompressionsfeder vorspannbar. Mit der Spindel ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung gekoppelt (via Ausnehmung, Kugel und Bohrung). Die Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst den Gehäuseteil und wenigstens ein, mit der Spindel verbundenes Mitnehmerelement in Form der Mitnehmerkugel. Das Gehäuse ist mit einer in Richtung der Achse verlaufenden Führung in Wirkverbindung. Das Mitnehmerelement ist dabei formschlüssig mit der Führung in Eingriff.

[0006] Auch die DE 10 2008 056 682 B4 zeigt einen Werkzeughalter dieser Art. Als Drehmomentübertragungseinrichtung dient ein Mitnehmer, der das durch den Grundkörper gebildete Gehäuse durchsetzt und der in einen Hubspalt eingreift, welcher eine Führung in Achsenrichtung bildet.

[0007] Zu erwähnen ist schliesslich auch die DE 10 2011 122 040 A1, welche eine Aufnahmevorrichtung für ein Werkzeug betrifft. Damit in Achsrichtung eine Nachgiebigkeit beim Bearbeiten eines Werkstückes möglich ist, wird eine spezifische mechanische Lösung vorgeschlagen: Eine Hülse mit Aufnahmebolzen hat einen ersten Energiespeicher und eine in der Längsrichtung bewegbare Spindel. Der Energiespeicher ist zwischen einem Boden der Hülse und einem Ende der Spindel 11 angeordnet. Die Spindel ist in einer mit dem Gehäuse verbundenen Mitnahmebüchse angeordnet. Konzentrisch zur Spindel ist ein zweiter Energiespeicher angeordnet, welcher endseitig an der Spindel und der Mitnahmebüchse angeordnet ist. Die Mitnahmebüchse weist an der Innenwand wenigstens eine in Richtung der Achse verlaufende Führung auf und die Spindel ist von einem Bolzen durchdrungen, welcher endseitig in die Führung eingreift.

[0008] Es besteht somit Bedarf nach einem Entgratungswerkzeug und einem Verfahren zum Betreiben eines solchen, welches mindestens einen Nachteil des Bekannten überwindet. Insbesondere soll ein Entgratungswerkzeug bereitgestellt

CH 708 612 B1 werden, welches effizienter ist und auch bei plötzlichen Änderungen eines zu entgratenden Verlaufs des Werkstücks dieses nicht beschädigt.

Darstellung der Erfindung [0009] Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Entgratungswerkzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen zu schaffen, welches besonders effizient ist.

[0010] Die Aufgabe wird durch ein Entgratungswerkzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen gemäss dem kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche gelöst.

[0011] Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Entgratungswerkzeug zum Entgraten von Werkstücken, insbesondere Gussteilen, in einer Werkzeugmaschine. Das Entgratungswerkzeug umfasst ein erstes Teil mit einem Einspannelement, welches an einem Ende des Entgratungswerkzeugs ausgebildet ist. Das Einspannelement dient dazu, das Entgratungswerkzeug in eine angetriebene Spannvorrichtung einer Werkzeugmaschine einzuspannen. Das Entgratungswerkzeug umfasst weiter ein zweites Teil, welches an das erste Teil bewegbar gekoppelt gelagert ist. Dabei ist das zweite Teil dergestalt an das erste Teil bewegbar gekoppelt gelagert, dass es ausschliesslich in Richtung einer Längsachse des Entgratungswerkzeugs verschiebbar gelagert ist. Das erfindungsgemässe Entgratungswerkzeug umfasst weiter ein Federelement, welches eine Rückstellkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ausübt. Das Entgratungswerkzeug umfasst weiter einen konischen Entgratungsfräskopf. Das Federelement ist so ausgestaltet, dass es in Richtung der Längsachse eine Rückstellkraft im Bereich von zwischen 4 und 20 N aufrechterhält. Vorzugsweise ist das Federelement so ausgestaltet, dass es die Rückstellkraft im Wesentlichen konstant aufrechterhält. Im Sinne der vorliegenden Erfindung würde das heissen, dass das Federelement so ausgelegt ist, dass die Rückstellkraft an jedem Punkt entlang der Längsachse im Wesentlichen gleich gross ist. Dies kann zum Beispiel durch die Auswahl eines geeigneten Federelements mit entsprechender Federkonstante bewerkstelligt werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch einen oder mehrere Anschläge ein Stauchen der Feder über einen gewissen Grenzwert hinaus vermieden werden, und so bewirken, dass die Rückstellkraft an jedem Punkt entlang der Längsachse im Wesentlichen gleich gross ist.

[0012] Das erfindungsgemässe Entgratungswerkzeug weist zudem eine Rotationssymmetrie auf, die so ausgestaltet ist, dass das gesamte Entgratungswerkzeug mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 10 000-15 000 U/min ohne Unwuchteffekte betreibbar ist. Unwuchteffekte können zum Beispiel zu einem Verlust der Verschiebbarkeit des zweiten Teils zum ersten Teil führen. In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Entgratungswerkzeug mindestens einen Anschlag, welcher die ausschliesslich in Richtung einer Längsachse des Entgratungswerkzeugs gelagerte Verschiebung des zweiten Teils derart begrenzt, dass die Rückstellkraft des Federelements an jedem Punkt entlang der Längsachse im Wesentlichen konstant ist, d.h. eine übermässige Stauchung des Federelements wird verhindert.

[0013] Vorzugsweise ist das Einspannelement am proximalen Ende des Entgratungswerkzeugs ausgebildet. Im Folgenden wird «proximal» als «maschinenseitig» und «distal» als «werkstückseitig» sinngemäss verwendet.

[0014] In einer besonderen Ausführungsform ist das Federelement im Entgratungswerkzeug so angeordnet, dass die Rückstellkraft im Wesentlichen konstant ist, d.h. dass die Rückstellkraft bei der ausschliesslich in Richtung einer Längsachse des Entgratungswerkzeugs gelagerten Verschiebung des zweiten Teils in Richtung proximalem Ende um maximal 15% zunimmt.

[0015] In einer besonderen Ausführungsform weist das Entgratungswerkzeug eine Mantelhülse auf. Bevorzugt umgibt die Mantelhülse den Bereich des Entgratungswerkzeugs, welcher bei der ausschliesslich in Richtung einer Längsachse des Entgratungswerkzeugs gelagerten Verschiebung des zweiten Teils zurückgelegt wird. Durch diese Anordnung wird verhindert, dass Schmutz und Fremdkörper in das Entgratungswerkzeug gelangen kann. In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Mantelhülse an einem der beiden Teile, dem ersten oder dem zweiten Teil, befestigt und bildet mit dem anderen, gegenüberliegenden Teil ein Labyrinth, welches das Eindringen von Schmutz und Fremdkörpern in das Entgratungswerkzeug vereitelt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung tritt ein Unwuchteffekt ein, wenn ein Rotationskörper, zum Beispiel das erfindungsgemässe Entgratungswerkzeug, von einer rotationssymmetrischen Form bezüglich seiner Drehachse massgeblich abweicht. Eine massgebliche Abweichung tritt dann auf, wenn die Masse des Entgratungswerkzeugs in seiner Volumenausdehnung ungleichmässig verteilt ist und der Massenmittelpunkt nicht vollständig auf der Drehachse des Entgratungswerkzeugs liegt. Mit anderen Worten kommt beim erfindungsgemässen Entgratungswerkzeug die Drehachse mit der geometrischen Längsachse rotationssymmetrisch derart übereinander zu liegen, dass die beiden Achsen vorzugsweise vollständig deckungsgleich sind. Durch die Unwuchteffekte träten Vibrationen und Schlagbewegungen ein, die ein Werkstück beschädigen könnten.

[0016] In einer besonderen Ausführungsform ist das Entgratungswerkzeug derart ausgestaltet, dass die kritische Drehzahl mehr als 20 000 U/min beträgt, insbesondere ist die Rotationssymmetrie des Entgratungswerkzeugs so ausgestaltet. In der vorliegenden Erfindung wird als kritische Drehzahl diejenige Drehzahl bezeichnet, bei der die Kräfte des rotierenden Entgratungswerkzeugs die Spannvorrichtung der Werkzeugmaschine in Resonanzschwingungen versetzt.

[0017] In einer besonderen Ausführungsform weist das Entgratungswerkzeug eine Rotationssymmetrie auf, die so ausgestaltet ist, dass es mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5000-20 000 U/min ohne Unwuchteffekte betreibbar ist.

CH 708 612 B1 [0018] In einer besonderen Ausführungsform weist das Entgratungswerkzeug bezüglich der Längsachse eine vollständige Rotationssymmetrie auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung würde dadurch jeder einzelne Punkt des Entgratungswerkzeugs bei einer Drehung um die Drehachse um einen bestimmten Winkel das Entgratungswerkzeug auf sich selbst abbilden. Vorzugsweise ist das Entgratungswerkzeug mindestens bei einer Drehung um die Längsachse von 180° rotationssymmetrisch, besonders bevorzugt bei einer Drehung um die Längsachse von 90°. An einem konkreten Beispiel mit einer 3-fachen Rotationssymmetrie würde das bedeuten, dass das Entgratungswerkzeug bei einer Drehung um die Längsachse nach einer Drehung von 120° das Entgratungswerkzeug wieder vollständig abbildet.

[0019] In einer besonderen Ausführungsform ist das Entgratungswerkzeug derart ausgestaltet, dass es vollständig in Rotation versetzt werden kann.

[0020] In einer besonderen Ausführungsform ist das Entgratungswerkzeug derart ausgestaltet, dass es weiter einen Schaft umfasst, an dem der Fräskopf befestigt ist, oder dessen distales Ende als Fräskopf ausgebildet ist. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser dieses Schaftes zwischen 3 und 8 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 und 6 mm, besonders bevorzugt genau 5 oder 6 mm.

[0021] In einer besonderen Ausführungsform weist das erste Teil des Entgratungswerkzeugs einen Hohlschaft auf. Besonders bevorzugt ist der Hohlschaft in eine Mehrzahl von Hohlvolumen unterteilt. So kann der Hohlschaft zum Beispiel von seinem distalen zum proximalen Ende im Durchmesser abnehmen. Vorzugsweise nimmt der Durchmesser sprunghaft, das heisst durch Ausbildung einer Kante, ab. Der Hohlschaft kann zum Beispiel ein erstes Hohlvolumen aufweisen, welches den Schaft passgenau aufnehmen kann, sowie ein zweites Hohlvolumen aufweisen, welches das Federelement passgenau aufnehmen kann.

[0022] In einer besonderen Ausführungsform weist das zweite Teil ein Brückenelement auf, welches an das Federelement kontaktschlüssig angrenzt und auf welches die Rückstellkraft des Federelements wirkt. Bevorzugt ist das Brückenelement formschlüssig mit dem zweiten Teil verbunden. Alternativ kann das Brückenelement lose zwischen dem zweiten Teil und dem Federelement untergebracht sein und wird durch die Rückstellkraft der Feder an Ort und Stelle gehalten. Als weitere alternative Ausführungsform ist das Brückenelement mit dem Federelement verbunden. Das Brückenelement kann, wenn verbunden, gelötet, geklebt, geschweisst oder integraler Bestandteil des zweiten Teils oder des Federelements sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Brückenelement mit einem zentralen Schaft wirkverbunden. Wird eine Kraft in Längsrichtung des Entgratungswerkzeugs ausgeübt, so hält die Rückstellungskraft des Federelements entgegen, indem es auf das Brückenelement wirkt. In einer alternativen Ausführungsform ist das Brückenelement einstückig mit dem Schaft ausgestaltet, d.h. das Brückenelement ist integraler Bestandteil des Schafts. Bevorzugt wird das Brückenelement bei dieser Ausführungsform an den Schaft aufgepresst.

[0023] In einer besonderen Ausführungsform umfasst das erfindungsgemässe Entgratungswerkzeug eine Anschlaghülse, welche über mindestens einen Flansch verfügt und derart ausgestaltet ist, dass sie die ausschliesslich in Richtung der Längsachse verschiebbare Bewegung des zweiten Teils begrenzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Flansch als Schulter einer Verengung eines zweiten Hohlschaftes ausgebildet. In einer weiteren besonderen Ausführungsform weist die Anschlaghülse, welche im Wesentlichen aus dem ersten Teil gebildet ist, eine Anschlagschulter auf, welche sich radial am distalen Ende des ersten Teils befindet. Vorzugsweise ist die Anschlagschulter und der erste Teil aus einem einzigen Materialstück.

[0024] In einer besonderen Ausführungsform umfassen das erste Teil und das zweite Teil je einen Hohlschaft, durch welchen sich ein Schaft zumindest teilweise erstreckt. In dieser besonderen Ausführungsform ist der Schaft durch ein Brückenelement mit dem zweiten Teil wirkverbunden, dergestalt, dass das zweite Teil mitsamt dem Schaft in Relation zum ersten Teil ausschliesslich in Längsrichtung des Entgratungswerkzeugs verschiebbar gelagert ist.

[0025] In einer besonderen Ausführungsform weist das Entgratungswerkzeug einen Hohlzylinder auf, der am distalen Ende des ersten Teils formschlüssig gelagert ist. Dieser Hohlzylinder kann über eine Schulter verfügen, welche eine Anzahl Bohrungen aufweist, um mindestens zwei Schrauben aufzunehmen. Der Hohlzylinder kann derart ausgestaltet sein, dass er sich in den Hohlschaft des ersten Teils erstreckt und als weiterer Anschlag für das Brückenelement dient. In diesem Fall ist eine Bewegung des Brückenelements in distale Richtung entlang der Längsachse durch den Hohlzylinder begrenzt. Eine Bewegung in proximaler Richtung kann durch die maximale Stauchung des Federelements und/oder durch einen Anschlag am proximalen Ende des Hohlschaftes begrenzt sein. Der Hohlzylinder kann mittels Schrauben durch passende Bohrungen am distalen Ende des ersten Teils mit diesem verbunden werden. Dadurch lässt sich das Federelement montieren oder jeweils bei Bedarf austauschen, entweder weil das Federelement verschlossen ist und nicht mehr die erforderliche Rückstellkraft gewährleistet oder weil es an die spezifischen Bedürfnisse an einen Entgratungsvorgang angepasst werden muss. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dient der Hohlzylinder als Längsführung für die Bewegung des Schaftes.

[0026] In einer besonderen Ausführungsform wird der Schaft an mindestens zwei Stellen doppelt geführt. Bevorzugt ist eine erste Führung am distalen Ende des Hohlschaftes und eine zweite Führung am proximalen Ende des Hohlschaftes vorgesehen. In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist am distalen Ende ein Lager vorgesehen, welches den Schaft in seiner Bewegung führt.

CH 708 612 B1 [0027] In einer besonderen Ausführungsform wird der konische Entgratungsfräskopf durch eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Schaft vom zweiten Teil gehalten.

[0028] In einer besonderen Ausführungsform umfasst der konische Entgratungsfräskopf einen zweiten, dem ersten Konus diametral entgegengesetzt angebrachter Konus auf, welcher ein sichereres Fixieren des Fräskopfes am zweiten Teil ermöglicht.

[0029] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rückstellkraft derart ausgelegt, dass die ausschliesslich in Richtung der Längsachse verschiebbare Bewegung des zweiten Teils eine Distanz von maximal 30 mm überbrückt, bevorzugt zwischen 2 und 25 mm überbrückt, besonders bevorzugt von zwischen 8 und 18 mm überbrückt.

[0030] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schaft so ausgestaltet, dass er eine Rotationskoppelung zwischen dem zweiten Teil und dem ersten Teil ermöglicht, dabei immer noch in der Längsrichtung des Entgratungswerkzeugs verschiebbar gelagert ist. Dazu kann zum Beispiel der Schaft einen Querschnitt haben, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Passfederprofil, Mehrkantprofil, Polygonprofil, Vielkeilprofil, evolventes Zahnnabenprofil, Kugelnutwelle. Zum Beispiel kann der Schaft ein zwei- oder mehrfaches Passfederprofil aufweisen, oder ein drei, vier- oder mehreckiges Polygonprofil oder ein kerbverzahntes Profil aufweisen. Das Profil wird dann von der entsprechenden Gegenprofilierung des den Schaft empfangenden Hohlschafts des ersten und/oder zweiten Teils des Entgratungswerkzeugs begleitet. In einer besonderen Ausführungsform wird die Verschiebung in Längsrichtung durch Kugelrollen und ein Kugelnutprofil zusätzlich verbessert.

[0031] Im Betrieb wird der Entgratungsfräskopf mit dem Werkstück in physischem Kontakt gebracht, und dient dazu, Grate und Unebenheiten am Werkstück zu entfernen. Durch eine Rotation des Entgratungsfräskopfes gegenüber einem fest an einer Befestigungsvorrichtung, wie zum Beispiel an einem Maschinentisch, eingespannten Werkstück, wird die für den Materialabtrag erforderliche Relativgeschwindigkeit an der Kante erzeugt. Durch eine zusätzliche Vorschubbewegung wird ein Abfahren der Kanten des Werkstücks ermöglicht. Die Vorschubbewegung kann sowohl durch Verschiebung des Werkstücks und/oder des Entgratungswerkzeugs in Relation zueinander erzeugt werden. Vorschubbewegungen können in der X-, Y- und Z-Achse und/oder entlang der jeweiligen Rotationsachsen der X-, Y- und Z-Achsen erfolgen.

[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Entgratungswerkzeug so ausgestaltet, dass das Federelement die Rückstellkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Teil nur in eine Richtung ausübt. Das Brückenelement ist an einem ersten Ende des Federelements bewegbar gelagert, während ein zweites Ende des Federelements mittels eines Anschlags im ersten Teil fixiert ist.

[0033] In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Entgratungswerkzeug genau ein Federelement, vorzugsweise eine Schraubenfeder.

[0034] Durch das Vermeiden von Unwuchteffekten wird eine Blockierung der Bewegung des zweiten Teils entlang der Längsachse verhindert. Der Entgratungsprozess läuft insgesamt schonender und effizienter.

[0035] Es versteht sich für einen Fachmann von selbst, dass alle gezeigten Ausführungsformen in beliebiger Kombination in einem erfindungsgemässen Werkstück verwirklicht werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschliessen.

[0036] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, umfassend mindestens ein Entgratungswerkzeug wie oben geschildert. Die Werkzeugmaschine umfasst weiter mindestens eine Spindel, welche ausgelegt ist, mit einer vorbestimmten Anzahl an Umdrehung pro Minute zu rotieren. Das Entgratungswerkzeug ist an der Spindel eingespannt. Die Spindel ist weiter so ausgestaltet, dass sie mindestens zwei Freiheitsgrade aufweist, vorzugsweise weist sie drei oder mehr Freiheitsgrade auf. Besonders bevorzugt ist die Werkzeugmaschine so ausgelegt, dass die Spindel Vorschubbewegungen in der X-, Y- und Z-Achse und/oder entlang der jeweiligen Rotationsachsen der X-, Y- und Z-Achsen leisten kann.

[0037] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Entgratungswerkzeugs wie oben geschildert in einer Werkzeugmaschine, wobei das Verfahren und das Entgratungswerkzeug ausgebildet sind, um Werkstücke, insbesondere Gussteile, zu entgraten. Die Werkzeugmaschine besitzt eine angetriebene Spannvorrichtung. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt, bei dem ein rotationssymmetrisches Entgratungswerkzeug mit einem ausschliesslich in Richtung der Längsachse des Entgratungswerkzeugs verschiebbaren Schaft und einem Fräskopf mit konischer Fräsfläche eingespannt wird. Die Spannvorrichtung wird mit einer Geschwindigkeit von zwischen 5000-20 000 U/min rotiert. Der Fräskopf wird entlang einer zu entgratenden Kante eines Werkstücks, insbesondere eines Gussteils, geführt, wobei das Entgratungswerkzeug in Richtung der Längsachse eine konstante Rückstellkraft von 4-20 N aufrechterhält. Alternativ wird bei gewissen Bearbeitungsanlagen das Entgratungswerkzeug fixiert gehalten und das Werkstück dergestalt entlang des Entgratungswerkzeugs geführt, dass darauf die Kanten des Werkstücks entgratet werden. Auch eine Kombination der beiden Arbeitsweisen ist möglich, bei der abgestimmte Bewegungen des Entgratungswerkzeugs und des Werkstücks ein Entgraten der Kanten des Werkstücks ermöglichen.

[0038] Gemäss einem weiteren Aspekt wird die Spannvorrichtung mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 10 000-15 000 U/min rotiert.

[0039] Anpresskraft und Vorschubgeschwindigkeit sind vom zu bearbeitenden Werkstück sowie von der Anzahl Umdrehungen pro Minute abhängig und können von einem Fachmann bei Bedarf eingestellt werden.

CH 708 612 B1 [0040] Das erfindungsgemässe Entgratungswerkzeug kann zum Entgraten von Werkstoffen aus Kunststoff, Metall, organischen Materialien, Verbundwerkstoffen oder Kompositen verwendet werden. Besonders geeignet ist das erfindungsgemässe Entgratungswerkzeug zur Entgrätung von Gussteilen.

[0041] Das erfindungsgemässe Entgratungswerkzeug ist sowohl für den Betrieb mit Werkzeugmaschinen als auch für Roboter geeignet.

[0042] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne jedoch im Schutzumfang auf diese eingeschränkt zu sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0043] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemässes Entgratungswerkzeug schematisch im Querschnitt;

Fig. 2 ein Kopfteil eines erfindungsgemässen Entgratungswerkzeugs;

Fig. 3 einen alternativen Kopfteil eines erfindungsgemässen Entgratungswerkzeugs;

Fig. 4 eine Aussenansicht des distalen Endes eines erfindungsgemässen Entgratungswerkzeugs und

Fig. 5 schematisch eine Auswahl an möglichen Profilen für einen Schaft des erfindungsgemässen Entgratungswerkzeugs in der Schnittebene A-A zur Fig. 1.

[0044] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung [0045] Fig. 1 zeigt schematisch ein Entgratungswerkzeug 1 gemäss der vorliegenden Erfindung. Das Entgratungswerkzeug 1 setzt sich zunächst aus zwei Teilen, einem ersten Teil 2 und einem zweiten Teil 5, zusammen, welche gegeneinander in der Längsachse Z des gesamten Entgratungswerkzeugs 1 verschiebbar gelagert sind. Durch diese Bewegung kann das Entgratungswerkzeug 1 insgesamt in seiner Längenausdehnung gestaucht werden.

[0046] Das Entgratungswerkzeug hat ein proximales Ende P und ein distales Ende D, wobei das proximale Ende P maschinenseitig definiert ist, während das distale Ende D werkstückseitig definiert ist. Am distalen Ende P bildet das erste Teil 2 ein Einspannelement 3 aus, welches vorliegend als Verengung des zylinderförmigen ersten Teils 2 ausgebildet ist. Dieses Einspannelement 3 dient zur Verbindung des Entgratungswerkzeugs mit einer angetriebenen Spannvorrichtung einer Werkzeugmaschine, zum Beispiel eines Bearbeitungscenters. Das Einspannelement 3 kann zudem über Befestigungshilfen verfügen (nicht gezeigt), so kann zum Beispiel ein Bajonettverschluss, ein Gewinde oder eine Kupplung vorgesehen sein, um das Einspannelement 3 mit der Spannvorrichtung zu fixieren. Essentiell ist, dass zwischen der Spannvorrichtung und dem Entgratungswerkzeug 3 eine Wirkverbindung hergestellt wird, und zwar so, dass das Entgratungswerkzeug 1 um die eigene Achse, im vorliegenden Fall also um die Längsachse Z, rotiert werden kann. Das Einspannelement 3 kann ein Spannelement vom Weldon-Typ, z.B. ein Weldon 20 oder 25, sein. Alternativ kann das Einspannelement 3 eine SK-, BT-, ABS-, HSK- etc. Schnittstelle aufweisen.

[0047] Das Entgratungswerkzeug 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vierfach rotationssymmetrisch zur Längsachse Z. Im folgenden Beispiel ist nach jeder Rotation um 90° das Entgratungswerkzeug wieder vollständig deckungsgleich auf sich selbst. In der Figur nicht ersichtlich sind zwei jeweils den Schrauben 21 analoge Schrauben, welche sich je eine vor und eine andere hinter der Schnittebene befinden.

[0048] Das erste Teil 2 verfügt über einen inneren, gestuften Hohlraum, welcher sich in drei Unterhohlräume 11, 12, 14 untergliedert. Der terminale Unterhohlraum 12 am proximalen Ende P des ersten Teils 2 erstreckt sich in ein Einspannelement 3. Dieses Einspannelement 3 ist aus dem ersten Teil 2 ausgebildet und dient der Befestigung des Entgratungswerkzeugs 1 an einer Spindel. Der terminale Unterhohlraum 12 ist vom mittleren Unterhohlraum 11 durch eine kreisförmig im Inneren des ersten Teils 2 ausgebildete erste Schulter 13 abgegrenzt. Am distalen Ende des ersten Teils 2 verbreitert sich der Durchmesser des mittleren Unterhohlraumes 11 abermals in einen initialen Unterhohlraum 14, welcher ebenfalls über eine Schulter 15 vom mittleren Unterhohlraum 11 abgegrenzt wird. Dieser initiale Unterhohlraum 14 wird durch eine Verengung des ersten Teils 2 eingeleitet. Durch die Verengung wird zudem eine äussere Anschlagschulter 16 gebildet. Die Unterhohlräume 11, 12, 14 sind geeignet, einen in seiner Längsrichtung, d. h. in Richtung der Längsachse Z, verschiebbaren Schaft 20, aufzunehmen. Dabei bildet der terminale Unterhohlraum 12 eine formschlüssige Aufnahme des Schaftes 20, d. h. der Umfang des Unterhohlraums 12 entspricht im Wesentlichen dem Umfang des Schaftes 20, und zwar so, dass ein reibungsarmes Gleiten des Schaftes 20 im Hohlschaft 12 möglich ist.

[0049] Im mittleren Unterhohlraum 11 ist ein Federelement 6 untergebracht, welches eine Rückstellkraft von ca. 2 bis 20 N, im vorliegenden Beispiel von 15 N, aufrechterhält. Im vorliegenden Beispiel wird das Federelement 6 von einer Schraubenfeder 6 gebildet. Die Schraubenfeder 6 ist so in den Hohlschaft 11 untergebracht, dass sie einen inneren Durchgang

CH 708 612 B1 für den Schaft 20 im Hohlschaft 11 freihält und die Aussenseite der Schraubenfeder 6 an die Innenwand des mittleren Unterhohlraumes 11 schmiegt. Proximal ruht die Schraubenfeder 6 an der im Inneren des ersten Teils 2 ausgebildeten Schulter 13. Distal ist die Schraubenfeder durch das Brückenelement 8 begrenzt, welches die Wirkverbindung zwischen der Schraubenfeder 6 und dem Schaft 20 herstellt. Verschiebt sich der Schaft 20 entlang der Unterhohlräume 11, 14, 12, wird die Feder 6 komprimiert. Dabei muss eine Rückstellkraft der Feder überwunden werden. Die Rückstellkraft kann vom Fachmann innerhalb der vorgegebenen Parameter für die beabsichtigte Bearbeitung ausgewählt werden. Dazu wird jeweils eine Schraubenfeder 6 mit der entsprechenden Rückstellkraft gewählt. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Schraubenfeder 6 gewählt, die eine im Wesentlichen konstante Rückstellkraft von ca. 15 N aufrechterhält.

[0050] Das Brückenelement 8 kann am Schaft 20 fixiert werden. Um das Brückenelement 20 gegen die Schraubenfeder 6 zu sichern, wird am distalen Ende des ersten Teils 2 eine hohlzylindrische Hülse 17 in das verbreiterte Hohlschaftvolumen 14 eingepasst. Diese Hülse verfügt über einen Flansch 18, der sich proximal ringförmig um die Hülsenmündung erstreckt und auf das stirnseitige, proximale Ende des ersten Teils 2 aufgesetzt werden kann. Dieser Flansch ist mit mindestens zwei Bohrungen 19 versehen, welche passgenau auf Bohrungen im stirnseitigen Ende des ersten Teils zu liegen kommen. Durch diese Bohrungen 19 können Schrauben 21 geführt werden, welche die Hülse 17 gegen das erste Teil 2 sichern, und den Hohlraum 11,12 mit dem Brückenelement 8 derart absichern, dass der Schaft 20 gehalten wird und einen Anschlag hat.

[0051] Der Schaft 20 erstreckt sich in distaler Richtung aus der hohlzylindrischen Hülse 17 heraus und mündet in das zweite Teil 5. Das zweite Teil 5 ist im Wesentlichen ebenfalls zylindrisch aufgebaut und kann grob in einen ersten Rückstossbereich 23 und einen Fräskopfbereich 24 unterteilt werden. Der Rückstossbereich 23 ist hohlzylindrisch ausgestaltet und bildet ein Rückstossvolumen. Die Bewegung in Richtung der Längsachse Z des Schaftes 20 wird durch die äussere Anschlagschulter 16 begrenzt. Die Schraubenfeder 6 wird so nicht übermässig komprimiert und die Rückstellkraft bleibt im Wesentlichen konstant.

[0052] Am distalen Ende D des Entgratungswerkzeugs befindet sich ein mit dem Fräskopfbereich 24 des zweiten Teils 5 verbundener Fräskopf 7. Zur Verbindung werden in dieser Ausführungsform eine Spannzange 25 und eine Überwurfmutter 26 verwendet.

[0053] In Fig. 2 wird eine Alternative zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung mit Spannzange 25 und Überwurfmutter 26 gezeigt. Gezeigt wird schematisch nur das distale Ende D des Entgratungswerkzeugs 1 mit dem Fräskopfbereich 24 des zweiten Teils 5, durch welches sich der Schaft 20 erstreckt. Der Fräskopf 7 ist ein konischer Fräskopf 7, der mittels eines Gewindes 27 in eine Gewindeausnehmung des Schaftes 20 eingeschraubt ist. Diese Ausführungsform bietet eine weitere Reduktion unerwünschter Unwuchteffekte.

[0054] In Fig. 3 wird eine weitere Alternative zu den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnungen zur Befestigung des Fräskopfes 7 gezeigt. Dabei wird analog zur Fig. 2 nur schematisch das distale Ende D, also der Fräskopfbereich 24 des zweiten Teils 5, im Querschnitt dargestellt. Das distale Ende des Schaftes 20 weist eine Gewindeausnehmung auf, durch welches mittels eines Gewindes 27 der konische Fräskopf 7 eingeschraubt ist. Zusätzlich zur Ausführungsform der Fig. 2 umfasst der Fräskopf einen weiteren konischen Teil 28. Dieser verbessert die Befestigung des Fräskopfes 7 mit dem Schaft 20. Wahlweise kann die Gewindeausnehmung und das Gewinde 27 noch mit Führungen 32, 33, zum Beispiel einer doppelten Führung 32, 33, ausgestaltet sein. Dadurch lassen sich Unwuchteffekte noch weiter vermeiden. Im gezeigten Beispiel weist die Gewindeausnehmung eine erste Führung 32 und eine zweite Führung 33 auf, wobei die zweite Führung 33 mit dem montierten Fräskopf 7 kontaktschlüssig mit dem weiteren konischen Teil 28 ist.

[0055] In der Fig. 4 ist schematisch ein distales Ende D eines alternativen Entgratungswerkzeugs 1 in Aussenansicht gezeigt. Das Entgratungswerkzeug 1 umfasst ein erstes Teil 2 und ein zweites Teil 5, welches ausschliesslich in Richtung der Längsachse Z bewegbar gelagert ist. Das zweite Teil 5 umfasst einen Fräskopfbereich 24, aus dem sich ein Schaft erstreckt (nicht gezeigt), an welchem mittels einer Überwurfmutter 26 ein konischer Fräskopf 7 befestigt ist. Im Betrieb kann der Fräskopf 7 mit dem gesamten zweiten Teil 5 eine Bewegung F in Richtung der Längsachse Z durchführen, bis die Bewegung F durch die Anschlagschulter 16 gestoppt wird. Dabei kann sich ein hülsenförmig ausgebildeter Teil des zweiten Teils 5 um einen Auslenkbereich 29 stülpen. Dieser Auslenkbereich 29 wird durch eine Mantelhülse 30 vor dem Eindringen von Schmutz, Fett oder anderen Fremdkörpern geschützt. Zur vereinfachten Darstellung ist die Mantelhülse 30 im Querschnitt gezeigt. Die Mantelhülse 30 ist am ersten Teil befestigt und erstreckt sich hohlzylindrisch um den Auslenkbereich 29 bis zum zweiten Teil 5, wobei ein Überlappungsbereich 31 gebildet wird. Die Mantelhülse 30 wird in diesem Beispiel fest mit dem ersten Teil 2 verbunden, kann aber auch alternativ mit dem zweiten Teil verbunden werden und einen Überlappungsbereich mit dem ersten Teil bilden. Im vorliegenden Beispiel bildet der Überlappungsbereich 31 ein Labyrinth, welches das Eindringen besagter Fremdkörper erschwert.

[0056] Fig. 5a bis g zeigen mögliche Schaftprofile, wie sie in der Schnittebene A-A der Fig. 1 sein könnten. Funktional entscheidend beim erfindungsgemässen Schaft ist die Rotationskopplung mit dem ersten und den zweiten Teil bei gleichzeitiger verschiebbarer Lagerung in Längsrichtung entlang eines korrespondierenden Hohlschaftes des ersten und/oder zweiten Teils. Um dies zu bewerkstelligen, gibt es erfindungsgemäss eine Reihe an Möglichkeiten, den Schaft als Welle auszugestalten, je nach besonderen Anforderungen des bestimmten Entgratungswerkzeugs. Eine nicht abschliessende Auswahl an möglichen Ausgestaltungen sind in den Fig. 5a bis g gezeigt, welche da sind: Passfederwelle 5a (gezeigt ist eine zweifache, aber auch mehrfache Passfederwellen sind denkbar geeignet), Vierkantwelle oder Mehrkantwelle 5b, Po7

CH 708 612 B1 lygonprofil in Vier- oder Mehreckform 5c, Vielkeilwelle mit Kerbverzahnung 5d, evolventes Zahnnabenprofil 5e, Polygonprofil 5f und Kugelnutwelle 5g. Alle diese Schaftformen wären von den entsprechenden Hohlprofilen an den Hohlschaft bildenden Teilen begleitet. Bei der Kugelnutwelle wären zudem Gleitkugeln vorgesehen.

[0057] Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit dem erfindungsgemässen Entgratungswerkzeug und Verfahren zu dessen Betreiben eine effiziente Lösung zum Entgraten von Werkstücken bereitgestellt wird.

Claims (12)

1. Patentansprüche

   1. Entgratungswerkzeug (1) zum Entgraten von Werkstücken, insbesondere in einer Werkzeugmaschine, umfassend:

   a) Ein erstes Teil (2) mit einem Einspannelement (3), welches an einem ersten Ende des Entgratungswerkzeugs (1) ausgebildet ist, um das Entgratungswerkzeug (1) in eine angetriebene Spannvorrichtung einer Werkzeugmaschine einzuspannen;

   b) ein zweites Teil (5), welches am ersten Teil (2) ausschliesslich in Richtung der Längsachse (Z) verschiebbar und rotationsgekoppelt gelagert ist;

   c) ein Federelement (6), welches eine Rückstellkraft zwischen dem ersten Teil (2) und dem zweiten Teil (5) ausübt;

   d) ein konischer Entgratungsfräskopf (7), und dadurch gekennzeichnet ist, dass

   e) das Federelement (6) so ausgestaltet ist, dass es in Richtung der Längsachse (Z) eine Rückstellkraft im Bereich von zwischen 4 und 20 N aufrechterhält, und dass

   f) das Entgratungswerkzeug (1) eine Rotationssymmetrie aufweist, die so ausgestaltet ist, dass es mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 10 000-15 000 U/min ohne Unwuchteffekte betreibbar ist.
2. 2. Entgratungswerkzeug gemäss Anspruch 1, wobei das Federelement (6) so ausgestaltet ist, dass es die Rückstellkraft im Wesentlichen konstant aufrechterhält.
3. 3. Entgratungswerkzeug (1) gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei das Entgratungswerkzeug (1) eine Rotationssymmetrie aufweist, die so ausgestaltet ist, dass es mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5000-20 000 U/min ohne Unwuchteffekte betreibbar ist.
4. 4. Entgratungswerkzeug (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Entgratungswerkzeug (1) bezüglich der Längsachse (Z) eine vollständige Rotationssymmetrie aufweist.
5. 5. Entgratungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend einen Schaft (20), an dem der Entgratungsfräskopf (7) befestigt ist, oder an dessen distalem Ende (D) ein Entgratungsfräskopf (7) ausgebildet ist.
6. 6. Entgratungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Teil (2) einen Hohlschaft (11, 12, 14) umfasst, in dem das Federelement (6) gelagert ist.
7. 7. Entgratungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Teil (5) ein Brückenelement (8) umfasst, welches an das Federelement (6) kontaktschlüssig angrenzt und auf welches die Rückstellkraft wirkt.
8. 8. Entgratungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend eine Hülse (17), welche über mindestens einen seitlichen Flansch verfügt und derart ausgestaltet ist, dass sie die ausschliesslich in Richtung der Längsachse (Z) verschiebbare Bewegung des zweiten Teils (5) begrenzt.
9. 9. Entgratungswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Rückstellkraft derart ausgelegt ist, dass die ausschliesslich in Richtung der Längsachse (Z) verschiebbare Bewegung des zweiten Teils (5) eine Distanz von maximal 30 mm überbrückt, bevorzugt zwischen 2 und 25 mm überbrückt, besonders bevorzugt von zwischen 8 und 18 mm überbrückt.
10. 10. Verfahren zum Betreiben eines Entgratungswerkzeugs (1) zum Entgraten von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine, welche eine angetriebene Spannvorrichtung für Werkzeuge besitzt, umfassend die folgenden Schritte:

    a) Einspannen eines rotationssymmetrischen Entgratungswerkzeugs (1) gemäss Anspruch 3, mit einem ausschliesslich in Richtung der Längsachse (Z) verschiebbaren Schaft (20) und einem Fräskopf (7) mit konischer Fräsfläche;

    b) Rotieren der Spannvorrichtung mit einer Geschwindigkeit, die im Bereich von 5000-20 000 U/min liegt;

    c) Führen des Fräskopfes (7) entlang einer zu entgratenden Kante des Werkstücks und/oder Führen des Werkstücks mit einer zu entgratenden Kante an den Fräskopf (7) entlang, wobei das Entgratungswerkzeug (1) in Richtung der Längsachse (Z) eine Rückstellkraft von 4-20 N aufrechterhält.
11. 11. Verfahren zum Betreiben eines Entgratungswerkzeugs (1) zum Entgraten von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine, welche eine angetriebene Spannvorrichtung für Werkzeuge besitzt, umfassend die folgenden Schritte:

    a) Einspannen eines rotationssymmetrischen Entgratungswerkzeugs (1) gemäss Anspruch 1, mit einem ausschliesslich in Richtung der Längsachse (Z) verschiebbaren Schaft (20) und einem Fräskopf (7) mit konischer Fräsfläche;

    b) Rotieren der Spannvorrichtung mit einer Geschwindigkeit, die im Bereich von 10 000-15 000 U/min liegt;

    c) Führen des Fräskopfes (7) entlang einer zu entgratenden Kante des Werkstücks und/oder Führen des Werkstücks mit einer zu entgratenden Kante an den Fräskopf (7) entlang, wobei das Entgratungswerkzeug (1) in Richtung der Längsachse (Z) eine Rückstellkraft von 4-20 N aufrechterhält.
12. 12. Werkzeugmaschine, umfassend mindestens eine Spindel mit einem Entgratungswerkzeug (1) gemäss Anspruch 1.

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