DE102014113108A1

DE102014113108A1 - Verfahren und Entgratwerkzeug zum Entgraten einer Bohrungsverschneidung

Info

Publication number: DE102014113108A1
Application number: DE102014113108.8A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Abele; Sebastian Güth; Thomas Hauer
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Bei einem Verfahren zum Entgraten einer Bohrungsverschneidung wird in einem vorbereitenden Kurvenermittlungsschritt ein dreidimensionaler Verlauf einer Verschneidungskurve längs einer zu entgratenden Bohrungsverschneidung ermittelt, in einem nachfolgenden Parametrisierungsschritt Entgratparameter zur Führung einer Schneidklinge (10) eines Entgratwerkzeugs (8) entlang der Verschneidungskurve ermittelt, und ein Bearbeitungsschritt durchgeführt, bei dem die Schneidklinge (10) des Entgratwerkzeugs (8) unter Verwendung der Entgratparameter längs der ermittelten Verschneidungskurve entlang geführt und dabei ein an der Verschneidungskurve abstehender Grat abgetrennt wird, sodass der Bearbeitungsschritt nach einem einmaligen Entlangführen der Schneidklinge (10) entlang der Verschneidungskurve abgeschlossen werden kann. Ein Entgratwerkzeug (8) zur Durchführung dieses Verfahrens weist einen Werkzeugschaft (9) und eine sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich U des Werkzeugschafts (9) erstreckende Schneidklinge (10) auf, wobei jedem Abschnitt einer Verschneidungskurve der zu entgratenden Bohrungsverschneidung ein Schneidklingenabschnitt zugeordnet ist und die Schneidklingengeometrie für jeden Schneidklingenabschnitt einen Schneidklingenwinkel αsk aufweist, der an den Verschneidungskurvenwinkel αvk in dem zugeordneten Abschnitt der Verschneidungskurve angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten einer Bohrungsverschneidung.
Wenn mit einem Bohrer eine Bohrung in ein Werkstück eingebracht wird, können entlang eines Umfangs und insbesondere entlang eines Randes der Bohrung unbeabsichtigt und oftmals unvermeidbar unregelmäßig geformte Ausnehmungen und vorspringende Ausformungen bzw. Materialanhäufungen gebildet werden. Wird mit einem Bohrwerkzeug eine durchgehende Bohrung in dem Werkstück erzeugt, so bildet sich insbesondere in einem Austrittsbereich der durchgehenden Bohrung ein Grat, der durch nicht vollständig abgetrennte Materialreste des Werkstücks gebildet wird. Eventuell zunächst in das Bohrloch ragende Materialreste können durch das Bohrwerkzeug entfernt werden. Wenn die nicht vollständig abgetrennten Materialreste jedoch nicht in das Bohrloch hineinragen, sondern am Rand einer Bohrungsverschneidung des Bohrlochs mit dem Werkstück verbunden sind und von dem Bohrloch weg ragen, können diese einen Grat bildenden Materialreste nicht ohne weiteres während oder nach einem Bohrvorgang mit dem Bohrwerkzeug entfernt werden.
In vielen Fällen muss nach dem Abschluss des Bohrvorgangs ein Entgratvorgang durchgeführt werden, um den unerwünschten Grat zu entfernen, der an einer Bohrungsverschneidung bzw. an dem Austrittsrand einer Bohrung gebildet wurde, um zu vermeiden, dass bei einer anschließenden Verwendung des Werkstücks Grate bzw. abstehende Materialreste sich von dem Werkstück lösen und eine Verwendung des Werkstücks beinträchtigen können. Auch aus Sicherheitsgründen und zur Vermeidung von Verletzungsgefahren sollte insbesondere bei Werkstücken aus Metall oder aus einem harten und spanbildenden Material ein durch einen Bohrvorgang erzeugter Grat entfernt werden, bevor das Werkstück manuell weiterbearbeitet oder bestimmungsgemäß von Menschen oder Tieren berührt wird.
Ein von außen einfach zugänglicher Grat kann durch manuelles oder automatisches Abtrennen leicht entfernt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Rand eines Bohrlochs mit Bürsten, mit einem Schleifvorgang oder mit einem Poliervorgang nachbearbeitet und der Grat entfernt werden. Es sind auch thermische oder elektrochemische Entgratverfahren bekannt.
Es sind aus vielen verschiedenen Anwendungsbereichen zahlreiche Produkte bzw. Werkstücke bekannt, bei denen eine Kreuzbohrung hergestellt werden muss. So kann beispielsweise eine üblicherweise einen geringeren Durchmesser aufweisende Querbohrung in eine üblicherweise einen größeren Durchmesser aufweisende Vorbohrung münden. Entlang des Umfangs der Querbohrung wird in dem Mündungsbereich zur Vorbohrung eine Bohrungsverschneidung der Querbohrung mit der Vorbohrung erzeugt. Diese Bohrungsverschneidung entspricht einer dreidimensionalen, oftmals komplex verlaufenden Verschneidungskurve. Entlang dieser Verschneidungskurve bildet sich durch das Einbringen der Querbohrung ein unregelmäßig geformter Grat. In diesem Fall mündet der Austrittsbereich der Querbohrung in einem von außen nur schwer zugänglichen Hohlraum, in dem sich anschließend der an dem Austrittsbereich gebildete Grat befindet.
Es sind verschiedene Verfahren und Werkzeuge zum Entgraten eines derartigen Grats entlang einer Bohrungsverschneidung einer Kreuzbohrung entwickelt worden. Aus der Praxis bekannte Entgratwerkzeuge können einen oftmals zylindrischen Werkzeugschaft und mehrere Schneidklingen auf, die sich in axialer Richtung beispielsweise in Längsrichtung über einen Arbeitsabschnitt des Werkzeugschafts erstrecken. Ein derartiges Entgratwerkzeug, dessen äußerer Umfang an einen Durchmesser der Quer- oder Vorbohrung angepasst sein sollte, wird in die Quer- oder Vorbohrung eingebracht und in Rotation versetzt. Wenn der Außendurchmesser des Entgratwerkzeugs an den Innendurchmesser der betreffenden Quer- oder Vorbohrung ist, kann der üblicherweise längs der Bohrungsverschneidung ausgebildete Grat abgetrennt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Entgratwerkzeuge, die nicht über den Durchmesser einer Quer- oder Vorbohrung hinausragen, in vielen Fällen Grate nicht ausreichend zuverlässig abtrennen und entfernen können.
Es sind auch Entgratwerkzeuge mit Bürsten oder radial ausfedernden Drähten oder Schneiden bekannt, die in radialer Richtung über den Radius der zu entgratenden Bohrung vorspringen. Derartige Entgratwerkzeuge unterliegen einem erheblichen Verschleiß, was sich auch auf die Qualität des Entgratvorgangs auswirkt. Es ist ebenfalls bekannt, Entgratwerkzeuge mit einem Fräs- oder Reibkopf mit einem geringen Durchmesser gleichzeitig rotierend und taumelnd durch das Bohrloch zu verlagern, so dass insbesondere im Austrittsbereich aus dem Bohrloch des Fräs- oder Reibkopfs derartige Entgratwerkzeuge in der Umfangswandung der Bohrung oftmals Riefen erzeugen und die Umfangswandung aufrauen.
Es sind auch Entgratwerkzeuge aus der Praxis bekannt, bei dem ein Abtrennkörper oder eine Schneidklinge radial verlagerbar an einem Werkzeugschaft gelagert ist und beispielsweise aufgrund einer durch eine schnelle Rotation verursachte Fliehkraft oder durch eine Federeinrichtung radial nach außen gedrückt wird. Zu diesem Zweck kann die Schneidklinge in einer Ausnehmung in dem Werkzeugschaft nach außen verschwenkbar gelagert sein. Wenn ein derartiges Entgratwerkzeug in ein Bohrloch eingebracht und in dem Mündungsbereich der Querbohrung zur Vorbohrung in Rotation versetzt wird, kann die radial nach außen vorspringende Schneidklinge mit großer Drehzahl über den Mündungsbereich hinweg verlagert werden und dabei durch die Federkraft oder durch auf die Schneidklinge einwirkende Fliehkräfte wiederholt über einzelne Abschnitte der Bohrverschneidung geführt werden und dabei einen Grat kontinuierlich reduzieren und gegebenenfalls vollständig abtrennen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei deutlich von einer Kreisform abweichenden, ausgeprägt räumlich verlaufenden Bohrungsverschneidungen derartige Entgratwerkzeuge nur bedingt geeignet sind und das Anbringen einer gleichmäßigen Fasenbreite, bzw. ein zuverlässiges und gleichmäßiges Entgraten nicht möglich sind. Oftmals müssen zumindest abschnittsweise entlang der Bohrungsverschneidung erhebliche Materialabträge in Kauf genommen werden, um den Grat zuverlässig abtrennen zu können. Durch eine stark asymmetrische, bzw. weder in axialer Richtung noch während einer Rotationsbewegung gleichmäßige Beanspruchung der Entgratwerkzeuge wird ein hoher Verschleiß dieser Entgratwerkzeuge begünstigt.
Es sind weiterhin Entgratverfahren entwickelt worden und bekannt, bei denen anstelle eines rotierenden Entgratwerkzeugs ein oftmals pastöses Fluid durch die Ausnehmungen und Hohlräume der Bohrungen gepresst wird. Das Entgratfluid kann kleine Partikel aufweisen und soll einen abrasiven Abtrag des Grates bewirken. Es ist ebenfalls bekannt, beispielsweise durch Sandstrahlen an den für das Sandstrahlen zugänglichen Bereichen einen Grat zu entfernen. Bei derartigen Verfahren wird es jedoch als nachteilig empfunden, dass anschließend eine aufwendige Reinigung des Werkstücks erforderlich wird.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der folgenden Erfindung angesehen, ein Verfahren zum Entgraten einer Bohrungsverschneidung zu entwickeln, mit dem möglichst rasch, gleichmäßig und zuverlässig ein Grat längs einer Bohrungsverschneidung abgetrennt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, wobei in einem vorbereitenden Kurvenermittlungsschritt ein dreidimensionaler Verlauf einer Verschneidungskurve längs einer zu entgratenden Bohrungsverschneidung ermittelt wird, wobei in einem nachfolgenden Parametrisierungsschritt Entgratparameter zur Führung einer Schneidklinge eines Entgratwerkzeugs entlang der Verschneidungskurve ermittelt werden, und wobei ein Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, bei dem die Schneidklinge des Entgratwerkzeugs unter Verwendung der Entgratparameter längs der ermittelten Verschneidungskurve entlang geführt und dabei ein an der Verschneidungskurve abstehender Grat abgetrennt wird, sodass der Bearbeitungsschritt nach einem einmaligen Entlangführen der Schneidklinge entlang der Verschneidungskurve abgeschlossen werden kann.
Üblicherweise müssen jeweils eine große Anzahl von gleichartigen Werkstücken mit entsprechend übereinstimmend verlaufenden Bohrungsverschneidungen entgratet werden. Die Verschneidungskurve, welche den Bohrungsverschneidungen entspricht, kann oftmals mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand analytisch ermittelt bzw. bestimmt werden und bildet die Grundlage für ein analytisches Modell, anhand dessen das Entgratwerkzeug so über die einzelnen Bohrungsverschneidungen geführt werden kann, dass ein eventuell abstehender Grat bereits nach einem einzigen Abfahren einer Bohrungsverschneidung zuverlässig abgetrennt werden kann. Für die Ermittlung und Parametrisierung der Verschneidungskurve können Gleichungssysteme herangezogen und aufgelöst werden. Für eine präzise Bestimmung einer Verschneidungskurve einer Kreuzbohrung werden lediglich Informationen über die Radien der Vorbohrung und der Querbohrung, ein gegebenenfalls bestehender Achsversatz, ein gegebenenfalls bestehender Kreuzungswinkel und ein gegebenenfalls bestehender Drehwinkel zwischen der Querbohrung und der Vorbohrung benötigt, die entweder bereits für die Herstellung der Kreuzbohrung bekannt oder vorgegeben sein, oder aber in geeigneter Weise ausreichend präzise ermittelt werden können. Der Kreuzungswinkel wird dabei in einer durch eine Mittenachse der Querbohrung und eine Mittenachse der Vorbohrung verlaufende Ebene bestimmt, während der Drehwinkel in einer hierzu senkrechten Ebene zwischen der Vorbohrung und einer Projektion der Querbohrung auf diese Ebene bestimmt wird. Ausgehend von diesen Informationen kann ein dreidimensionaler Verlauf einer Verschneidungskurve ermittelt werden, die dem Verlauf der Bohrungsverschneidung und damit dem Verlauf des zu entfernenden Gratfußes entspricht.
In Kenntnis des dreidimensionalen Verlaufs der zu entgratenden Verschneidungskurven können Entgratparameter ermittelt und vorgegeben werden, die für die automatisierte Führung einer Schneidklinge eines Entgratwerkzeugs entlang der vorab ermittelten Verschneidungskurve benötigt und verwendet werden. Die Entgratparameter können dabei einzelne Wegpunkte im Raum beinhalten, anhand der mit geeigneten Bearbeitungsmaschinen eine relative Verlagerung der Bohrungsverschneidung des Werkstücks relativ zu der Schneidklinge eines Entgratwerkzeugs vorgegeben und angesteuert werden kann. Die Entgratparameter können bereits an die für eine vorgegebene Bearbeitungsmaschine zur Verfügung stehenden Maschinenbefehle angepasst sein. Zu diesem Zweck können beispielsweise die für eine Verlagerung des Entgratwerkzeugs oder des Werkstücks zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade berücksichtigt werden, die mit der in dem jeweiligen Anwendungsfall verwendeten Bearbeitungsmaschine für eine Verlagerung des darin aufgenommenen Entgratwerkzeugs oder Werkstücks zur Verfügung stehen. Zudem können gegebenenfalls in Abhängigkeit von dem jeweiligen Material des Werkstücks auch Parameter der Vorschubregelung ermittelt und für die Durchführung des Bearbeitungsschrittes vorgegeben werden.
Es hat sich gezeigt, dass eine sowohl rasche als auch äußerst zuverlässige Entfernung des unerwünschten Grats dadurch ermöglicht wird, dass die Schneidklinge des Entgratwerkzeugs in geeigneter Weise längs der vorab ermittelten Verschneidungskurve entlang geführt wird und dabei den an der Verschneidungskurve abstehenden Grat abtrennt. Ein einmaliges Entlangführen der Schneidklinge über die Verschneidungskurve ist dabei ausreichend, da die Verschneidungskurve der Bohrungsverschneidung und damit dem Verlauf des Gratfußes entspricht und ein abstehender Grat bereits während des ersten Überfahrens des Gratfußes mit der Schneidklinge abgetrennt und entfernt werden kann. Da der Verlauf der Verschneidungskurve bekannt ist und die Schneidklinge entlang des bekannten Verlaufs geführt wird, können sowohl über eine radiale Zustellung ein Anpressdruck der Schneidklinge und damit deren Eindringen in das Material des Werkstücks entlang der Verschneidungskurve als auch eine Ausrichtung der Schneidklinge relativ zu der Bohrungsverschneidung entlang der Verschneidungskurve vorgegeben werden. Die mechanische Beanspruchung bzw. die auf das Entgratwerkzeug während eines Bearbeitungsschritts einwirkenden Kräfte und Momente können innerhalb für das Entgratwerkzeug unkritischen Bereichen vorgegeben werden und so gewählt werden, dass eine möglichst geringe und gleichmäßige mechanische Beanspruchung des Entgratwerkzeugs erfolgt.
Während des Entlangführens der Schneidklinge entlang der Verschneidungskurve tritt im Vergleich zu konventionellen, mit hoher Drehzahl rotierenden Entgratwerkzeuge keine merkliche thermische Beanspruchung des Werkstücks oder des Entgratwerkzeugs auf. Eine mit dem Entgratwerkzeug während des Bearbeitungsschritts längs der Bohrungsverschneidung erzeugte Fase kann weitgehend konstant, bzw. gleichmäßig längs der Verschneidungskurve ausgebildet werden. Das Entgraten einer dreidimensional verlaufenden Bohrungsverschneidung kann deshalb mit dem erfindungsgemäßen Verfahren schneller, zuverlässiger und mit erheblich geringeren mechanischen Beanspruchungen des Entgratwerkzeugs und des Werkstücks durchgeführt werden.
Es ist grundsätzlich möglich, dass das Entgratwerkzeug von einer Bearbeitungsmaschine ortsfest positioniert und das Werkstück relativ zu dem feststehenden Entgratwerkzeug verfahren wird, um die Schneidklinge des feststehenden Entgratwerkzeugs längs der vorab ermittelten Verschneidungskurve an dem Werkstück entlang zu führen. In vielen Anwendungsfällen dürfte es jedoch zweckmäßig sein, dass während des Bearbeitungsschritts das Entgratwerkzeug relativ zu der Verschneidungskurve der feststehenden Bohrungsverschneidung des Werkstücks bewegt wird. Das Entgratwerkzeug weist üblicherweise eine geringere Masse als das Werkstück auf. Das Entgratwerkzeug kann einen an die jeweils verwendete Bearbeitungsmaschine bzw. an deren Spannfutter angepassten Einspannabschnitt aufweisen, um zuverlässig von der Bearbeitungsmaschine ergriffen und bewegt zu werden. Es ist ebenfalls möglich und gegebenenfalls für hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten zweckmäßig, sowohl das Entgratwerkzeug als auch gleichzeitig das Werkstück mit der Bohrungsverschneidung zu verlagern, um die Schneidklinge des Entgratwerkzeugs längs der Verschneidungskurve der Bohrungsverschneidung des Werkstücks entlang zu führen.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass eine Mittenachse des Entgratwerkzeugs während des Führens entlang der Verschneidungskurve parallel zu einer Mittenachse einer die Bohrungsverschneidung erzeugenden Bohrung ausgerichtet ist. Die parallele Ausrichtung des Entgratwerkzeugs zu der Bohrung, beispielsweise zu der Querbohrung, an deren Rand der Grat entfernt werden soll, erleichtert die Ansteuerung und Führung des Entgratwerkzeugs insbesondere für den zweckmäßigen Fall, dass die Mittenachse der Bohrung koaxial zu einer Hauptachse der Bearbeitungsmaschine ausgerichtet ist. In vielen Fällen kann das Entgratwerkzeug ausschließlich durch axiale Verlagerung und radiale Zustellung und ohne ein seitliches Verschwenken bzw. Verkippen der Mittenachse des Entgratwerkzeugs entlang der Verschneidungskurve geführt werden, so dass viele handelsübliche und mit nur wenigen Verstellmöglichkeiten ausgestattete Bearbeitungsmaschinen für die Durchführung des Entgratvorgangs verwendet werden können.
Zudem ist oftmals die für die Einbringung der Bohrung verwendete Bearbeitungsmaschine gleichermaßen für die Durchführung des Entgratvorgangs geeignet. Wenn die Bearbeitungsmaschine einen automatischen Werkzeugwechsler aufweist, kann das Entgratwerkzeug einen an das Spannfutter angepassten Einspannabschnitt aufweisen und unmittelbar im Anschluss an die Einbringung der Bohrung automatisiert aus dem Werkzeugwechsler übernommen werden, so dass mit dem Entgratwerkzeug in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die Bohrungsverschneidung entgratet werden.
Um eine möglichst gleichmäßige Abtrennung des abstehenden Grats entlang der Verschneidungskurve zu begünstigen ist vorgesehen, dass das Entgratwerkzeug während des Bearbeitungsschritts mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit längs der Verschneidungskurve entlang geführt wird. Um eine konstante Vorschubgeschwindigkeit zu ermöglichen und in einfacherweise vorgeben zu können, ist weiterhin vorgesehen, dass in dem Parametrisierungsschritt eine vorgebbare Anzahl von äquidistanten Stützstellen entlang der Verschneidungskurve ermittelt werden. Die Ermittlung der äquidistanten Stützstellen kann jedoch auch zu einem anderen Zweck erfolgen und beispielsweise eine Überprüfung ermöglichen, ob bei einer Verlagerung des Entgratwerkzeugs entlang der Verschneidungskurve mit konstanter Winkelgeschwindigkeit die Relativbewegungsgeschwindigkeit der Schneidklinge entlang der Verschneidungskurve innerhalb eines vorab ermittelten Bereichs von akzeptablen Vorschubgeschwindigkeiten der Schneidklinge entlang der Verschneidungskurve bleibt. Da die Verschneidungskurve nicht in einer Ebene senkrecht zur Mittenachse der Bohrung verläuft, sondern oftmals einen ausgeprägt dreidimensionalen Verlauf aufweist, kann die Verschneidungskurve bei gleichen Umfangswinkelabschnitten große axiale Abstände aufweisen, so dass die betreffenden Verschneidungskurvenabschnitte eine deutlich unterschiedliche Länge aufweisen können.
Insbesondere bei nahezu ebenen und wenig komplex verlaufenden Verschneidungskurven kann eine konstante Winkelgeschwindigkeit des Entgratwerkzeugs entlang der Verschneidungskurve zweckmäßig sein, um eine möglichst einfache Ansteuerung der Bewegung des Entgratwerkzeugs zu ermöglichen. Weisen die zu gleichgroßen Umfangswinkelabschnitten zugeordneten Verschneidungskurvenabschnitte jedoch deutliche Längenunterschiede auf, könnte eine konstante Winkelgeschwindigkeit des Entgratwerkzeugs entlang der Verschneidungskurve zu deutlich unterschiedlichen Abtrenngeschwindigkeiten der Schneidklinge entlang der Bohrungsverschneidung führen, was im Hinblick auf einen möglichst gleichmäßigen Abtrennvorgang eventuell als nachteilig angesehen und durch eine daran angepasste Veränderung der Winkelgeschwindigkeit des Entgratwerkzeugs entlang der Verschneidungskurve kompensiert werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass ein möglichst gleichbleibender Winkel zwischen einer Hauptschneide des Entgratwerkzeugs und der Verschneidungskurve der Bohrungsverschneidung besonders vorteilhaft ist, um einen gleichmäßigen und zuverlässigen Entgratvorgang durchführen zu können. Für jeden Punkt der Verschneidungskurve kann ein Verschneidungskurvenwinkel zwischen der Verschneidungskurve und einer gedachten Verschneidungsreferenzebene ermittelt werden, die senkrecht zu einer Mittenachse der Querbohrung und durch den betreffenden Punkt der Verschneidungskurve verläuft. Die Verschneidungsreferenzebene wird demzufolge für jeden Punkt der Verschneidungskurve gesondert definiert und vorgegeben. In gleicher Weise kann ein Schneidklingenwinkel zwischen der Hauptschneide eines Entgratwerkzeugs als ein Winkel zwischen dem Verlauf der Hauptschneide der Schneidklinge und einer ebenfalls senkrecht zu einer Mittenachse des Entgratwerkzeugs durch den betreffenden Punkt der Hauptschneide verlaufenden Entgratwerkzeugreferenzebene ermittelt werden. In vielen Anwendungsfällen kann das Entgratwerkzeug so durch die Querbohrung eingeführt und entlang der Verschneidungskurve verlagert werden, dass die Mittenachse der Querbohrung und die Mittenachse des Entgratwerkzeugs parallel zueinander ausgerichtet sind und die Verschneidungsreferenzebene sowie die Entgratwerkzeugreferenzebene ebenfalls parallel zueinander sind und identisch übereinstimmen, wenn der Punkt auf der Hauptschneide mit dem Punkt entlang der Verschneidungskurve übereinstimmt.
Falls die Hauptschneide der Schneidklinge einen gleichbleibenden radialen Abstand zur Mittenachse des Entgratwerkzeugs aufweist, verlaufen sowohl die Hauptschneide als auch die Verschneidungskurve jeweils auf Mantelflächen eines Zylinders, so dass nach einer Überführung der Mantelflächen in ebene Flächen für jeden Punkt der Hauptschneide und der Verschneidungskurve jeweils eine Steigung ermittelt und miteinander verglichen werden kann. In diesem Fall ist es vorteilhaft und analog zu dem vorausgehend für beliebige räumliche Kurvenverläufe definierten Winkelkriterium vorgesehen, dass ein Winkel zwischen einer Steigung der Hauptschneide und einer Steigung der Verschneidungskurve konstant ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in besonders vorteilhafter Weise ausgestalten und durchführen, falls ausgehend von der ermittelten Verschneidungskurve eine sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich eines Entgratwerkzeugs erstreckende Schneidklingengeometrie ermittelt und ein daran angepasstes Entgratwerkzeug mit einer derartigen Schneidklingengeometrie für die Durchführung des Bearbeitungsschrittes verwendet wird, wobei jedem Abschnitt der Verschneidungskurve ein Schneidklingenabschnitt zugeordnet wird und die Schneidklingengeometrie für jeden Schneidklingenabschnitt einen Schneidklingenwinkel aufweist, der an den Verschneidungskurvenwinkel in dem zugeordneten Abschnitt der Verschneidungskurve angepasst ist. Auf diese Weise kann für jeden Abschnitt der Verschneidungskurve ein als Einstellwinkel bezeichneter Winkel zwischen der Schneidklinge, bzw. zwischen der Hauptschneide der Schneidklinge des Entgratwerkzeugs und der Verschneidungskurve der Bohrungsverschneidung bestimmt und auch vorgegeben werden. Der Einstellwinkel entspricht damit der Differenz zwischen dem Schneidklingenwinkel und dem Verschneidungskurvenwinkel.
Es hat sich gezeigt, dass der Entgratvorgang besonders zuverlässig und vorteilhaft durchgeführt werden kann, wenn dieser Einstellwinkel möglichst über den gesamten Bearbeitungsschritt hinweg gleichbleibend vorgegeben wird. Um dies zu erreichen ist es zweckmäßig, dass der Schneidklingenwinkel der Summe des Verschneidungskurvenwinkels und eines geeignet vorgegebenen konstanten Einstellwinkels entspricht und die Schneidklingengeometrie des Entgratwerkzeugs entsprechend angepasst ist.
In Abhängigkeit von dem Verlauf der Verschneidungskurve, aber auch von dem Material des Werkstücks und damit dem Material des Grats kann ein für den betreffenden Entgratvorgang geeigneter Einstellwinkel vorgegeben werden.
Insbesondere bei einer räumlich in axialer Richtung längs der Querbohrung stark variierenden Bohrungsverschneidung, bei beengten Raumverhältnissen aufgrund eines geringen Durchmessers der Vorbohrung relativ zu der Querbohrung oder aufgrund von beispielsweise durch die verwendete Bearbeitungsmaschine bedingten Vorgaben kann es zweckmäßig sein, dass die sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich des Entgratwerkzeugs erstreckende Schneidklingengeometrie auf einen Bereich beschränkt wird, der eine ausreichend geringe axiale Erstreckung über das Entgratwerkzeug aufweist. Um dennoch einen gleichbleibenden Einstellwinkel zu ermöglichen ist vorgesehen, dass ein Umfangswinkelbereich und eine axiale Erstreckung, über welche sich die Schneidklinge erstreckt, in einem konstanten Verhältnis zueinander reduziert werden. Die axiale Erstreckung der sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich des Entgratwerkzeugs erstreckenden Schneidklinge kann auf diese Weise ausreichend klein vorgegeben werden, so dass auch bei beengten Raumverhältnissen bzw. bei einem geringen Durchmesser der Vorbohrung der Entgratvorgang durchgeführt werden kann, ohne dass ein axiales Ende des Entgratwerkzeugs einen der Bohrungsverschneidung gegenüberliegenden Wandbereich der Vorbohrung berührt. Wenn beispielsweise der Umfangswinkelbereich von 360° auf 270° reduziert wird, führt dies zu einer Verringerung der axialen Erstreckung der Schneidklinge auf 3/4 der ursprünglichen Erstreckung in axialer Richtung, wobei für jeden dem entsprechenden Punkt der Verschneidungskurve zugeordneten Punkt entlang der Schneidklinge der Schneidklingenwinkel unverändert beibehalten wird und damit auch der Einstellwinkel zwischen dem Schneidklingenwinkel und dem Verschneidungskurvenwinkel konstant bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Umfangswinkelbereich weniger als 360° beträgt und dass die Schneidklingengeometrie vor dem Umfangswinkelbereich einen Eintrittswinkelbereich aufweist, in dem eine radial vorspringende Ausformung der Schneidklinge relativ zu einer Außenfläche eines Werkzeugschafts zunimmt, so dass bei einer gleichbleibenden radialen Zustellung über den Eintrittswinkelbereich ein zunehmender Eingriff der Schneidkante erfolgt. Durch ein Verdrehen des Entgratwerkzeugs über den Eintrittswinkelbereich ragt die Schneidklinge zunehmend radial vor, so dass der Eingriff mit dem Werkstück kontinuierlich zunimmt und ein plötzliches tiefes Eindringen der Schneidklinge in das Werkstück vermieden wird, bei dem unerwünschte Verformungen und gegebenenfalls ein weiterer Grat entstehen könnten. Es ist ebenfalls möglich, im Anschluss an den Umfangswinkelbereich einen Austrittswinkelbereich vorzugeben, in dem der radiale Vorsprung der Schneidklinge über eine Außenfläche des Werkzeugschafts allmählich wieder abnimmt.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Umfangswinkelbereich weniger als 360° beträgt und dass die Schneidklingengeometrie vor dem Umfangswinkelbereich einen Eintrittswinkelbereich aufweist, in dem bei einer gleichbleibend radial vorspringenden Schneidklingengeometrie ein Schneidklingenverlauf an einem dem Eintrittswinkelbereich gegenüberliegenden Ende des Umfangswinkelbereich wiederholt wird, so dass bei einer gleichbleibenden radialen Zustellung ein dem Eintrittswinkelbereich zugeordneter Eintrittsabschnitt der Verschneidungskurve zu Beginn und am Ende des Bearbeitungsschrittes überfahren wird. Durch das doppelte Vorbeiführen der in Umfangsrichtung verlängerten und konstant radial vorspringenden Schneidklinge des Entgratwerkzeugs über den Eintrittsabschnitt der Verschneidungskurve kann sichergestellt werden, dass auch der Bereich der Bohrungsverschneidung, der am Anfang bzw. am Ende des Bearbeitungsschrittes überfahren wird, zuverlässig entgratet wird.
Es ist natürlich ebenfalls möglich, in einem Eintrittswinkelbereich einen in Umfangsrichtung an das Ende des Umfangswinkelbereichs angepassten Verlauf der Schneidklinge mit einem allmählich zunehmenden radialen Ausformung der Schneidklinge zu kombinieren, um ein möglichst gleichmäßiges Eindringen der Schneidklinge in den Gratfuß entlang der Bohrungsverschneidung zu Beginn des Bearbeitungsschrittes zu ermöglichen.
Ein Spanwinkel der Schneidklinge kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Material des Werkstücks vorgegeben werden, um ein möglichst zuverlässiges Entgraten der Bohrungsverschneidung in dem Werkstück erreichen zu können. Es ist zusätzlich zum Erreichen von vorteilhaften Eingriffsbedingungen während des Entgratvorgangs möglich und in einzelnen Anwendungsfällen zweckmäßig, dass ein Spanwinkel der Schneidklinge des Entgratwerkzeugs in Abhängigkeit von dem Verlauf der Verschneidungskurve vorgegeben und angepasst ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Entgratwerkzeug zur Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Entgratwerkzeug einen Werkzeugschaft und eine sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich des Werkzeugschafts erstreckende Schneidklinge aufweist, wobei jedem Abschnitt einer Verschneidungskurve der zu entgratenden Bohrungsverschneidung ein Schneidklingenabschnitt zugeordnet ist und die Schneidklingengeometrie für jeden Schneidklingenabschnitt einen Schneidklingenwinkel aufweist, der an den Verschneidungskurvenwinkel in dem zugeordneten Abschnitt der Verschneidungskurve angepasst ist. Für eine vorgegebene Bohrungsverschneidung, die durch eine Vorbohrung und eine anschließende Querbohrung in einem Werkstück erzeugt wird, können die Formgebung eines daran vorteilhaft angepassten Entgratwerkzeugs und insbesondere die Formgebung einer sich schraubenlinienförmig um einen Werkzeugschaft des Entgratwerkzeugs erstreckenden Schneidklingengeometrie bestimmt werden. Anschließend kann ein entsprechendes Entgratwerkzeug ausreichend oft hergestellt werden, um eine große Anzahl von Werkstücken mit jeweils einer identisch übereinstimmenden Bohrungsverschneidung zu entgraten. Das Entgratwerkzeug kann auch zum Entgraten von vergleichbaren Bohrungsverschneidungen verwendet werden, beispielsweise für Bohrungsverschneidungen mit lediglich geringfügig abweichenden Parametern oder beispielsweise jeweils doppelten Durchmessern.
Im Vergleich zu handelsüblich erhältlichen Entgratwerkzeugen ohne eine derart angepasste Schneidklingengeometrie können die mechanische und insbesondere im Vergleich mit hochfrequent rotierenden Entgratwerkzeugen auch die thermische Belastung des Werkstücks und des Entgratwerkzeugs während des Entgratvorgangs erheblich reduziert werden. Gleichzeitig kann die Dauer des Entgratvorgangs merklich verringert werden. Weiterhin erhöht sich auch die Standzeit der einzelnen Entgratwerkzeuge, da die Schneidklinge über deren gesamte Erstreckung gleichmäßig beansprucht wird und verschleißt.
Mit einem derartigen Entgratwerkzeug lässt sich eine Verschneidungskurve vergleichsweise einfach und kostengünstig dadurch abfahren, dass das Entgratwerkzeug einen zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmigen oder zylinderförmigen Werkzeugschaft und eine sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich des Werkzeugschafts erstreckende Schneidklinge aufweist. Der Verlauf der radial vorspringend ausgeformten Schneidklinge lässt sich dadurch einfach parametrisieren und kostengünstig herstellen.
Das für einen Entgratvorgang erforderliche Verlagern des Entgratwerkzeugs, welches aus einer überlagerten axialen Linearverlagerung, einer radialen Zustellung bzw. kreisförmigen Verlagerung in einer Ebene senkrecht zur axialen Linearverlagerung und gegebenenfalls einer um die Mittenachse des Entgratwerkzeugs erfolgenden Drehbewegung zusammengesetzt sein kann, kann mit den üblicherweise zur Verfügung stehenden Bearbeitungsmaschinen mit geringem Aufwand und mit hoher Präzision umgesetzt werden.
Um einen plötzlichen tiefen Eingriff der Schneidklinge mit dem Werkstück zu Beginn des Entgratvorgangs zu vermeiden ist vorgesehen, dass der Umfangswinkelbereich weniger als 360° beträgt und die Schneidklinge einen dem Umfangswinkelbereich vorausgehenden Eintrittswinkelbereich aufweist, in dem eine radial über den Werkzeugschaft vorspringende Ausformung der Schneidklinge bis zum Umfangswinkelbereich zunimmt.
Es ist alternativ oder zusätzlich dazu vorgesehen, dass der Umfangswinkelbereich weniger als 360° beträgt und dass die Schneidklingengeometrie vor dem Umfangswinkelbereich einen Eintrittswinkelbereich aufweist, in dem ein Schneidklingenverlauf an einem dem Eintrittswinkelbereich gegenüberliegenden Ende des Umfangswinkelbereichs wiederholt wird, so dass bei einer gleichbleibenden radialen Zustellung ein dem Eintrittswinkelbereich zugeordneter Eintrittsabschnitt der Verschneidungskurve zu Beginn und am Ende des Bearbeitungsschrittes überfahren wird.
Um während des gesamten Bearbeitungsschrittes vorteilhafte Eingriffsbedingungen der Schneidklinge in den Gratfuß entlang der Bohrungsverschneidung zu ermöglichen ist vorgesehen, dass ein Spanwinkel αsp des Entgratwerkzeugs in Abhängigkeit von der Verschneidungskurve vorgegeben und angepasst ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben, die exemplarisch in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
1 eine exemplarische Darstellung einer Bohrungsverschneidung mit einer waagrecht verlaufenden Vorbohrung und einer senkrecht mittig in die Vorbohrung mündenden Querbohrung,
2 eine exemplarische Darstellung einer abweichend zu 1 ausgestalteten Bohrungsverschneidung, bei der die Querbohrung senkrecht und außermittig in die Vorbohrung mündet,
3 eine exemplarische Darstellung eines Entgratwerkzeugs mit einer schraubenlinienförmig um einen Werkzeugschaft angeordneten Schneidklinge
4 eine exemplarische Darstellung eines abweichend ausgestalteten Entgratwerkzeugs,
5 eine schematische Darstellung einer Verschneidungskurve und einem überlagert dargestellten Schneidklingenverlauf eines Entgratwerkzeugs in einem Koordinatensystem, und
6a bis 6f jeweils beispielhaft in vergrößerter Darstellung eine Abbildung des überlagert dargestellten Verlaufs der Schneidklinge und der Verschneidungskurve zu verschiedenen Bearbeitungswinkeln innerhalb eines Umfangswinkelbereichs von 360°, wobei eine Differenz zwischen einem Schneidklingenwinkel und einem Verschneidungskurvenwinkel entlang der verschiedenen Bearbeitungswinkel der Verschneidungskurve konstant ist.
In den 1 und 2 sind exemplarisch unterschiedlich ausgestaltete Kreuzbohrungen 1 dargestellt. Eine Vorbohrung 2 mit einem Radius r_v verläuft in den 1 und 2 jeweils waagrecht. Eine Querbohrung 3 mit einem Radius r_q, der geringer als der Radius r_v der Vorbohrung 2 ist, mündet senkrecht von oben kommend in die Vorbohrung 2. In einem Mündungsbereich bildet eine Bohrungsverschneidung 4 entlang eines Umfangs der Querbohrung 3 eine Schnittkantenlinie.
Für eine in 1 exemplarisch dargestellte mittig in die Vorbohrung 2 mündende Querbohrung 3 ist die Bohrungsverschneidung 4 symmetrisch bezüglich einer Schnittebene, die durch eine Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 und durch eine diese Mittenachse 5 kreuzende Mittenachse 6 der Querbohrung 3 aufgespannt ist. Die Bohrungsverschneidung 4 verläuft aber nicht flach in einer Ebene, sondern dreidimensional gekrümmt im Raum.
Die in 2 exemplarisch dargestellte Querbohrung 3 ist ebenfalls senkrecht ausgerichtet, mündet jedoch außermittig in die Vorbohrung 2, wobei die Mittenachse 6 der Querbohrung 3 einen Abstand a_v zu der Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 aufweist. Die Bohrungsverschneidung 4 verläuft asymmetrisch bezüglich einer die Mittenachse 6 der Querbohrung 3 beinhaltende und parallel zu der Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 verlaufenden Ebene, und weist zumindest abschnittsweise eine deutlich größere Krümmung im Raum als die in 1 dargestellte Bohrungsverschneidung auf.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 einen Kreuzungswinkel zur Mittenachse 6 der Querbohrung 3 aufweist, die dann beispielsweise nicht mehr senkrecht, sondern in einem Winkel < 90° relativ zu der waagrecht angeordneten Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 verläuft. Zusätzlich zu einem Kreuzungswinkel ist es möglich, einen Drehwinkel zu definieren, um den die Querbohrung 3 relativ zu der Vorbohrung 2 verdreht ist, wobei der Drehwinkel in Umfangsrichtung einer senkrecht zu der Vorbohrung 2 ausgerichteten und die Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 schneidenden Lotrechten bestimmt wird.
In Kenntnis der Radien r_v der Vorbohrung 2 und r_k der Querbohrung 3 sowie gegebenenfalls des Abstands a_v und des Kreuzungswinkels bzw. Drehwinkels zwischen der Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 und der Mittenachse 6 der Querbohrung 3 kann eine Verschneidungskurve 7 analytisch ermittelt werden, die der Bohrungsverschneidung 4 entspricht. Für einen exemplarisch dargestellten Fall einer Kreuzbohrung 1, bei der die Querbohrung 3 senkrecht zur Vorbohrung 2 und mit einem seitlichen Versatz av zu deren Mittenachse 5 angeordnet ist, können in Kenntnis der jeweiligen Kenngrößen Verschneidungskurvenparameter der Verschneidungskurve 7 mit den nachfolgend wiedergegebenen Gleichungen analytisch ermittelt werden: x = r_q·sin(β) y = r_q·cos(β) + α_v
Entlang der Verschneidungskurve 7 können weiterhin äquidistante Stützstellen ermittelt werden, die einen gleichbleibenden Abstand zwischen benachbarten Stützstellen entlang der Verschneidungskurve 7 aufweisen. Insbesondere für dreidimensional mit zumindest abschnittsweise starken Krümmungen verlaufenden Bohrungsverschneidungen 4 weisen benachbarte äquidistante Stützstellen entlang der Verschneidungskurve 7 keinen konstanten Drehwinkel um die Mittenachse 6 der Querbohrung 3 auf.
In 3 ist exemplarisch eine beispielhafte Ausgestaltung und Formgebung eines Entgratwerkzeugs 8 dargestellt. Das Entgratwerkzeug 8 weist einen zylinderförmigen und rotationssymmetrisch ausgestalteten Werkzeugschaft 9 auf, auf dessen Oberfläche bzw. Mantelfläche sich eine Schneidklinge 10 schraubenlinienförmig erstreckt.
Für jeden Punkt entlang der Verschneidungskurve 7 kann ein Verschneidungskurvenwinkel α_vk als Winkel zwischen der Verschneidungskurve 7 und einer senkrecht zu der Mittenachse 6 der Querbohrung 3 ausgerichteten Verschneidungskurvenreferenzebene 11 bestimmt werden. In den 1 und 2 sind jeweils für einen exemplarisch herausgegriffenen Punkt auf der Verschneidungskurve 7 der betreffende Verschneidungskurvenwinkel α_vk eingezeichnet.
Weiterhin kann für jeden Punkt auf einer Schneidkante 12 der Schneidklinge 10 des Entgratwerkzeugs ein Schneidklingenwinkel α_sk als ein Winkel zwischen dem Verlauf der Schneidkante 12 der Schneidklinge 10 und einer ebenfalls senkrecht zu einer Mittenachse 13 des Entgratwerkzeugs 8 durch den betreffenden Punkt der Schneidkante 12 verlaufenden Entgratwerkzeugreferenzebene 14 ermittelt werden. Die Verschneidungskurvenreferenzebene 11 und die Entgratwerkzeugreferenzebene 14 sind jeweils auf den betreffenden Punkt bezogen und variieren entsprechend der Position des betreffenden Punkts entlang der Verschneidungskurve 7 bzw. der Schneidklinge 10. In den 1 bis 4 sind die Verschneidungskurvenreferenzebene 11 und die Entgratwerkzeugreferenzebene zur Veranschaulichung lediglich durch in der betreffenden Ebene verlaufende strichpunktierte Referenzlinien angedeutet.
Für den oftmals vorteilhaften Fall, dass das Entgratwerkzeug 8 so durch die Querbohrung 3 eingeführt und entlang der Verschneidungskurve 7 verlagert wird, dass die Mittenachse 6 der Querbohrung 3 und die Mittenachse 13 des Entgratwerkzeugs 8 parallel zueinander ausgerichtet sind, sind die Verschneidungsreferenzebene 11 sowie die Entgratwerkzeugreferenzebene 14 ebenfalls parallel zueinander.
Eine Schneidklingengeometrie der Schneidklinge 10 des Entgratwerkzeugs 8 ist erfindungsgemäß so vorgegeben und gestaltet, dass der Schneidklingenwinkel α_sk der Summe des Verschneidungskurvenwinkels α_vk und einem konstant vorgegebenen Einstellwinkel α_ew entspricht: α_sk = α_vk + α_ew.
Wenn die Schneidklinge 10 des Entgratwerkzeugs 8 durch eine geeignete Verlagerung des Entgratwerkzeugs 8 über die Verschneidungskurve 7 an der Bohrungsverschneidung 4 entlang geführt wird und dabei einen Grat abtrennt, bildet der Schneidklingenwinkel α_sk bzw. der Verlauf der Schneidklinge 10 immer einen gleichbleibenden Winkel mit dem jeweils aktuellen Verlauf der Verschneidungskurve 7, bzw. mit dem Verschneidungskurvenwinkel α_vk. Die Eingriffsbedingungen zwischen dem Entgratwerkzeug 8 und dem Werkstück sind deshalb während eines Entgratvorgangs entlang der Bohrungsverschneidung 4 weitgehend gleichbleibend.
Es wird auch eine weitgehend gleichbleibende Fase durch das Überstreichen der Schneidklinge 10 des Entgratwerkzeugs 8 über die Bohrungsverschneidung 4 gebildet. Der Grat wird dabei ohne übermäßige mechanische Belastung mit weitgehend gleichbleibenden Eigenschaften und Auswirkungen von dem Werkstück abgetrennt.
Für die Verwendung des Entgratwerkzeugs 8 in automatisierten Bearbeitungsmaschinen weist das Entgratwerkzeug 8 einen Einspannabschnitt 15 auf, der an ein Spannfutter der Bearbeitungsmaschine angepasst ist und ein automatisiertes Ergreifen mit einer automatisierten Wechseleinrichtung ermöglicht. Zweckmäßigerweise weist der Einspannabschnitt 15 eine Ausformung 16 auf, die eine automatisierte Erkennung und Vorgabe der Ausrichtung des Entgratwerkzeugs 8 in Umfangsrichtung erlaubt.
In 4 ist eine abweichend ausgestaltete Schneidklingengeometrie einer Schneidklinge 17 eines anderen Entgratwerkzeugs 18 dargestellt. Der Werkzeugschaft 9 ist zylinderförmig ausgestaltet. Die Schneidklinge 17 ist schraubenlinienförmig an einem unteren Ende des Werkzeugschafts 9 ausgebildet. Die Schneidklinge 17 weist längs des Verlaufs der Schneidkante 12 einen sich ständig verändernden Schneidklingenwinkel α_sk auf. In einem Eintrittswinkelbereich E nimmt eine radial vorspringende Ausformung der Schneidklinge 17 kontinuierlich zu. In einem Umfangswinkelbereich U ist der radiale Abstand der außen verlaufenden Schneidkante 12 näherungsweise konstant, um in einem an den Umfangswinkelbereich U anschließenden Austrittswinkelbereich A wieder abzunehmen, bis die Schneidklinge 17 nicht mehr radial über den Werkzeugschaft 9 hinausragt. In dem Eintrittswinkelbereich E und in dem Austrittswinkelbereich A wird jeweils der Verlauf der Schneidkante 12 in einem gegenüberliegenden Endbereich des Umfangswinkelbereichs U wiederholt. An Stelle eines in dem Eintrittsbereich E allmählich zunehmenden und in dem Austrittsbereich A allmählich abnehmenden radialen Abstand der außen verlaufenden Schneidkante 12 zum Werkzeugschaft 9 kann der radiale Abstand der Schneidkante 12 auch konstant vorgegeben und ausgebildet sein.
Im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Entgratwerkzeug 8 weist die Schneidklinge 17 des Entgratwerkzeugs 18 gemäß 4 einen deutlich geringeren Schneidklingenwinkel α_sk auf. Eine Differenz zwischen dem Schneidklingenwinkel α_sk und dem Verschneidungskurvenwinkel α_vk entspricht jedoch ebenfalls einem konstant vorgegebenen Wert, dem in geeigneter Weise vorgegebenen Einstellwinkel α_ew.
Um den Entgratvorgang zusätzlich vorteilhaft zu gestalten kann ein in radialer Richtung senkrecht zu der Mittenachse 13 des Entgratwerkzeugs 18 gebildeter Spanwinkel α_sp der Schneidklinge 17 beispielsweise in Abhängigkeit von dem schraubenlinienförmigen Verlauf der Schneidkante 12 der Schneidklinge 17 oder in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schneidklingenwinkel α_sk vorgegeben sein und längs der Schneidklinge 17 in Umfangsrichtung unterschiedlich ausgestaltet sein.
In den 5 sowie 6a bis 6f ist exemplarisch die Verschneidungskurve 7 für eine Vorbohrung 2 mit einem Durchmesser r_v von 20 mm und eine Querbohrung 3 mit einem Durchmesser r_q von 10 mm gezeigt, wobei die Querbohrung 3 einen axialen Versatz a_v von 3 mm aufweist, aber ansonsten senkrecht zur Mittenachse 5 der Vorbohrung 2 verläuft.
Der Verschneidungskurvenwinkel α_vk sowie der Schneidklingenwinkel α_sk sind für jeden Punkt entlang der Verschneidungskurve 7 jeweils relativ zu der Verschneidungskurvenreferenzebene 11 definiert, einer waagrechten Ebene mit konstanter Koordinate z, wobei diese waagrechte Ebene den betreffenden Punkt p beinhaltet bzw. bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Höhe der Koordinate z_p = 0 des betreffenden Punktes p verläuft.
Die Verschneidungskurve 7 ist mit einer durchgezogenen und punktierten Linie dargestellt, während der Verlauf der Schneidkante 12 der Schneidklinge 10 mit einer durchgezogenen dicken Linie dargestellt ist.
6a zeigt die jeweiligen Werte des Verschneidungskurvenwinkels α_vk, des Schneidklingenwinkels α_sk und des Einstellwinkels α_ew für eine Anfangsposition eines Bearbeitungswinkels B = 0° innerhalb des Umfangswinkelbereichs U eines Entgratvorgangs. Der bei diesem Ausführungsbeispiel vorgegebene und für alle Bearbeitungswinkel B konstante Einstellwinkel α_ew beträgt näherungsweise 20°. In Abhängigkeit von dem jeweils durch den Verlauf der Verschneidungskurve 7 vorgegebenen Verschneidungskurvenwinkel α_vk ergibt sich dann für jeden Bearbeitungswinkel B innerhalb des Umfangswinkelbereichs U der daran angepasste Schneidklingenwinkel α_sk, der für die Herstellung des an die betreffende Bohrungsverschneidung 4 angepassten Entgratwerkzeugs 8 verwendet wurde.
Die 6b bis 6f zeigen jeweils den Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Verschneidungskurve 7 und der Schneidklinge 10 bzw. den Verlauf des Verschneidungskurvenwinkel α_vk, des Schneidklingenwinkels α_sk und des Einstellwinkels α_ew zu einem späteren Zeitpunkt, bzw. für einen weiteren Bearbeitungswinkel B von 72°, 144°, 216°, 288° und 360°. Aus den einzelnen Abbildungen zu verschiedenen Positionen entlang der Verschneidungskurve 7 ist erkennbar, dass der Schneidklingenwinkel α_sk für jeden Bearbeitungswinkel B eine konstante Differenz zum Verschneidungskurvenwinkel α_vk aufweist. Diese Winkeldifferenz entspricht dem konstant vorgegebenen Einstellwinkel α_ew.

Claims

Verfahren zum Entgraten einer Bohrungsverschneidung (4), wobei in einem vorbereitenden Kurvenermittlungsschritt ein dreidimensionaler Verlauf einer Verschneidungskurve (7) längs einer zu entgratenden Bohrungsverschneidung (4) ermittelt wird, wobei in einem nachfolgenden Parametrisierungsschritt Entgratparameter zur Führung einer Schneidklinge (10, 17) eines Entgratwerkzeugs (8, 18) entlang der Verschneidungskurve (7) ermittelt werden, und wobei ein Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, bei dem die Schneidklinge (10, 17) des Entgratwerkzeugs (8, 18) unter Verwendung der Entgratparameter längs der ermittelten Verschneidungskurve (7) entlang geführt und dabei ein an der Verschneidungskurve (7) abstehender Grat abgetrennt wird, sodass der Bearbeitungsschritt nach einem einmaligen Entlangführen der Schneidklinge (10, 17) entlang der Verschneidungskurve (7) abgeschlossen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bearbeitungsschritts das Entgratwerkzeug (8, 18) relativ zu der Verschneidungskurve (7) der feststehenden Bohrungsverschneidung (4) des Werkstücks bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittenachse (13) des Entgratwerkzeugs (8, 18) während des Führens entlang der Verschneidungskurve (7) parallel zu einer Mittenachse (6) einer die Bohrungsverschneidung (4) erzeugenden Bohrung ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgratwerkzeug (8, 18) während des Bearbeitungsschritts mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit längs der Verschneidungskurve (7) entlang geführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Parametrisierungsschritt eine vorgebbare Anzahl von äquidistanten Stützstellen entlang der Verschneidungskurve (7) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der ermittelten Verschneidungskurve (7) eine sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich U eines Entgratwerkzeugs (8, 18) erstreckende Schneidklingengeometrie ermittelt und ein daran angepasstes Entgratwerkzeug (8, 18) mit einer derartigen Schneidklingengeometrie für die Durchführung des Bearbeitungsschrittes verwendet wird, wobei jedem Abschnitt der Verschneidungskurve (7) ein Schneidklingenabschnitt zugeordnet wird und die Schneidklingengeometrie für jeden Schneidklingenabschnitt einen Schneidklingenwinkel α_sk aufweist, der an den Verschneidungskurvenwinkel α_vk in dem zugeordneten Abschnitt der Verschneidungskurve (7) angepasst ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen dem Schneidklingenwinkel αs_k und dem Verschneidungskurvenwinkel α_vk möglichst über den gesamten Bearbeitungsschritt hinweg gleichbleibend vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem Schneidklingenwinkel α_sk und dem Verschneidungskurvenwinkel α_vk in Abhängigkeit von dem Verlauf der Verschneidungskurve (7), von dem Material des Werkstücks und, bzw. oder von der Vorschubgeschwindigkeit des Entgratwerkzeugs (8, 18) entlang der Verschneidungskurve (7) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfangswinkelbereich U und eine axiale Erstreckung, über welche sich die Schneidklinge erstreckt, in einem konstanten Verhältnis zueinander reduziert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangswinkelbereich U weniger als 360° beträgt und dass die Schneidklingengeometrie vor dem Umfangswinkelbereich U einen Eintrittswinkelbereich E aufweist, in dem eine radial vorspringende Ausformung der Schneidklinge (10, 17) relativ zu einer Außenfläche eines Werkzeugschafts (9) zunimmt, so dass bei einer gleichbleibenden radialen Zustellung über den Eintrittswinkelbereich ein zunehmender Eingriff der Schneidkante erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangswinkelbereich U weniger als 360° beträgt und dass die Schneidklingengeometrie vor dem Umfangswinkelbereich U einen Eintrittswinkelbereich E aufweist, in dem ein Schneidklingenverlauf an einem dem Eintrittswinkelbereich gegenüberliegenden Ende des Umfangswinkelbereichs U wiederholt wird, so dass bei einer gleichbleibenden radialen Zustellung ein dem Eintrittswinkelbereich E zugeordneter Eintrittsabschnitt der Verschneidungskurve zu Beginn und am Ende des Bearbeitungsschrittes überfahren wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spanwinkel α_sp des Entgratwerkzeugs (8, 18) in Abhängigkeit von der Verschneidungskurve (7) vorgegeben und angepasst ist.
Entgratwerkzeug (8, 18) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Entgratwerkzeug (8, 18) einen Werkzeugschaft (9) und eine sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich U des Werkzeugschafts (9) erstreckende Schneidklinge (10, 17) aufweist, wobei jedem Abschnitt einer Verschneidungskurve (7) der zu entgratenden Bohrungsverschneidung (4) ein Schneidklingenabschnitt zugeordnet ist und die Schneidklingengeometrie für jeden Schneidklingenabschnitt einen Schneidklingenwinkel α_sk aufweist, der an den Verschneidungskurvenwinkel α_vk in dem zugeordneten Abschnitt der Verschneidungskurve (7) angepasst ist.
Entgratwerkzeug (8, 18) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgratwerkzeug (8, 18) einen zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmigen oder zylinderförmigen Werkzeugschaft (9) und eine sich schraubenlinienförmig über einen Umfangswinkelbereich U des Werkzeugschafts (9) erstreckende Schneidklinge (10, 17) aufweist.
Entgratwerkzeug (8, 18) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangswinkelbereich U weniger als 360° beträgt und die Schneidklinge (16) einen dem Umfangswinkelbereich U vorausgehenden Eintrittswinkelbereich E aufweist, in dem eine radial über den Werkzeugschaft (9) vorspringende Ausformung der Schneidklinge (17) bis zum Umfangswinkelbereich U zunimmt.
Entgratwerkzeug (8, 18) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangswinkelbereich U weniger als 360° beträgt und dass die Schneidklingengeometrie vor dem Umfangswinkelbereich U einen Eintrittswinkelbereich E aufweist, in dem ein Schneidklingenverlauf an einem dem Eintrittswinkelbereich E gegenüberliegenden Ende des Umfangswinkelbereichs U wiederholt wird, so dass bei einer gleichbleibenden radialen Zustellung ein dem Eintrittswinkelbereich E zugeordneter Eintrittsabschnitt der Verschneidungskurve zu Beginn und am Ende des Bearbeitungsschrittes überfahren wird.
Entgratwerkzeug (8, 18) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spanwinkel α_sp des Entgratwerkzeugs (8, 18) in Abhängigkeit von der Verschneidungskurve (7) vorgegeben und angepasst ist.