DE102018204964A1 - Fräs-/Schneidwerkzeug und Bearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Fräs-/Schneidwerkzeug und Bearbeitungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Zum Drehen und Fräsen wird ein einziges Fräs-/Schneidwerkzeug bereitgestellt, ohne dass eine spezielle Immobilisierungsvorrichtung erforderlich ist, die verhindert, dass eine Werkzeughaupteinheit um eine Achse davon gedreht wird. Vorgesehen ist ein Fräs-/Schneidwerkzeug 1, umfassend: eine Werkzeughaupteinheit 2, die um eine Achse gedreht wird; und eine Mehrzahl von Spitzen 4, die an einer Stirnfläche der Werkzeughaupteinheit 2 mit Abständen dazwischen in Umfangsrichtung um die Achse der Werkzeughaupteinheit 2 angeordnet sind, wobei die einzelnen Spitzen 4 so angeordnet sind, dass ihre sich drehenden Spanflächen in den axialen Richtungen geneigt sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fräs-/Schneidwerkzeug und eine Bearbeitungsvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist ein Einzel-Schneidwerkzeug bekannt, mit dem man an einer Bearbeitungsmaschine drehen und fräsen kann (siehe z.B. Patentliteratur 1).
  • Bei diesem Schneidwerkzeug sind abwechselnd Fräsmesser und Drehmeißel mit Abständen dazwischen in der Umfangsrichtung einer um eine Achse gedrehten Werkzeughaupteinheit angeordnet.
  • Patentliteratur
  • PTL 1: ungeprüfte Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer Hei 7-251340
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Beim Drehen mit dem Schneidwerkzeug aus Patentliteratur 1 ist es notwendig, die Bearbeitung durch Drehen eines Bearbeitungsgegenstandes um eine Achse durchzuführen, die im Wesentlichen parallel zur Achse der Werkzeughaupteinheit ist, da die Spanflächen der Meißel in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Allerdings gibt es in diesem Fall, während des Drehens, da eine Kraft vom Bearbeitungsgegenstand auf das Werkzeug in einer tangentialen Richtung der Werkzeughaupteinheit wirkt, ein Problem dahingehend, dass ein Moment, das eine Drehung um die Achse verursacht, während des Drehens auf die Werkzeughaupteinheit wirkt.
  • Mit anderen Worten, wenn lediglich eine elektromagnetische Bremse in einem Motor verwendet wird, der die Werkzeughaupteinheit um ihre Achse dreht, ist es schwierig, die Werkzeughaupteinheit so zu halten, dass sie nicht um die Achse gedreht werden kann, indem sie dem Moment widersteht, das vom Bearbeitungsgegenstand während des Drehens aufgenommen wird, weshalb ein Problem dahingehend besteht, dass eine separate Immobilisierungseinrichtung erforderlich ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Umstände konzipiert, wobei ihre Aufgabe darin besteht, ein Fräs-/Schneidwerkzeug und eine Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, mit der es möglich ist, mit einem einzigen Fräs-/Schneidwerkzeug Dreh- und Fräsvorgänge auszuführen, ohne dass eine spezielle Immobilisierungseinrichtung erforderlich ist, die verhindert, dass eine Werkzeughaupteinheit um eine Achse davon gedreht wird.
  • Lösung des Problems
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Ansätze.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Fräs-/Schneidwerkzeug dar, umfassend: eine um eine Achse gedrehte Werkzeughaupteinheit; und eine Mehrzahl von Spitzen, die mit Abständen dazwischen in Umfangsrichtung um die Achse der Werkzeughaupteinheit angeordnet sind, wobei die einzelnen Spitzen so angeordnet sind, dass ihre sich drehenden Spanflächen der axialen Richtung zugewandt sind.
  • Mit diesem Aspekt ist es möglich, das Fräsen eines Bearbeitungsgegenstandes mit Hilfe der Mehrzahl von Spitzen durchzuführen, die um die Achse gedreht werden, indem die Werkzeughaupteinheit und der Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt werden, während die Werkzeughaupteinheit um die Achse gedreht wird. Andererseits ist es möglich, den Bearbeitungsgegenstand mit Hilfe einer beliebigen Spitze zu drehen, indem die Werkzeughaupteinheit und der Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt werden, während der Bearbeitungsgegenstand mit der Werkzeughaupteinheit in einer vorbestimmten Phase um die Achse fixiert wird.
  • In diesem Fall wird, weil die Spitze so angeordnet ist, dass ihre Drehspanfläche der axialen Richtung zugewandt ist, die Richtung einer Kraft, die die Spitze beim Drehen vom Bearbeitungsgegenstand aufnimmt, zu einer Richtung ausgerichtet, die parallel zur axialen Richtung ist, und somit wird kein Moment erzeugt, das die Drehung der Werkzeughaupteinheit um die Achse bewirkt. Mit anderen Worten, es ist möglich, mit einem einzigen Fräswerkzeug zu drehen und zu fräsen, ohne dass eine spezielle Immobilisierungseinrichtung erforderlich ist, die die Werkzeughaupteinheit so hält, dass sie beim Drehen nicht um die Achse gedreht wird.
  • Im oben beschriebenen Aspekt können die Spitzen kreisförmige Spitzen sein.
  • Dadurch ist es möglich, eine gute Schnittfläche zu erhalten, indem der Kontakt zwischen den Spitzen und dem Bearbeitungsgegenstand auf ein Minimum reduziert wird.
  • Unter dem oben beschriebenen Aspekt können die Spitzen aus ersten Spitzen und zweiten Spitzen gebildet sein, die abwechselnd in Umfangsrichtung um die Achse angeordnet sind, wobei die ersten Spitzen an Positionen angeordnet sein können, die in radialer Richtung und in axialer Richtung in Bezug auf die zweiten Spitzen zurückgezogen sind.
  • Dadurch ist es möglich, mit den in radialer und axialer Richtung vorstehenden zweiten Spitzen zu fräsen und mit einer der ersten Spitzen zu drehen. Da die ersten Spitzen beim Fräsen und die zweiten Spitzen beim Drehen nicht verwendet werden, ist es möglich, separat Einstellungen vorzunehmen, die für das Drehen oder Fräsen geeignet sind.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Bearbeitungsvorrichtung bereit, die mit einem der oben beschriebenen Fräs-/Schneidwerkzeuge ausgestattet ist.
  • Dadurch ist es möglich, das Fräsen des Bearbeitungsgegenstandes mit Hilfe der mehreren um die Achse gedrehten Spitzen durchzuführen, indem die Werkzeughaupteinheit und der Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt werden, während die Werkzeughaupteinheit um die Achse gedreht wird. Andererseits ist es möglich, den Bearbeitungsgegenstand mit Hilfe einer beliebigen Spitze zu drehen, indem die Werkzeughaupteinheit und der Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt werden, während der Bearbeitungsgegenstand mit der Werkzeughaupteinheit in der vorgegebenen Phase um die Achse fixiert wird.
  • Der oben beschriebene Gegenstand kann versehen sein mit: einem rotierenden Antriebsabschnitt, der das Fräs-/Schneidwerkzeug um die Achse dreht; einem Bewegungsmechanismus, der das Fräs-/Schneidwerkzeug und den Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt; und einen Bearbeitungsgegenstand-Drehmechanismus, der den Bearbeitungsgegenstand um eine Achse dreht, die schräg zur Achse des Fräs-/Schneidwerkzeugs angeordnet ist.
  • Dadurch ist es möglich, das Fräsen des Bearbeitungsgegenstandes mit Hilfe der mehreren um die Achse gedrehten Spitzen durchzuführen, indem die Werkzeughaupteinheit und der Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt werden, indem der Bewegungsmechanismus betätigt wird, während die Werkzeughaupteinheit um die Achse gedreht wird, indem der Drehantriebsabschnitt betätigt wird. Andererseits ist es möglich, das Drehen des Bearbeitungsgegenstandes mittels einer der Spitzen durchzuführen, indem man die Werkzeughaupteinheit und den Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt, indem man den Bewegungsmechanismus betätigt, während man den Bearbeitungsgegenstand dreht, indem man den Bearbeitungsgegenstand mit der Werkzeughaupteinheit in der vorbestimmten Phase um die Achse immobilisiert, indem man den Drehantriebsabschnitt stoppt.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass das Drehen und Fräsen mit einem einzigen Fräs-/Schneidwerkzeug möglich ist, ohne dass eine spezielle Immobilisierungseinrichtung erforderlich ist, die verhindert, dass eine Werkzeughaupteinheit um eine Achse gedreht werden kann.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Fräs-/Schneidwerkzeugs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein Längsschnitt durch das Fräs-/Schneidwerkzeug aus 1.
    • 3 ist eine Vorderansicht, die das Fräs-/Schneidwerkzeug aus 1 zeigt.
    • 4 ist eine schematische Darstellung eines Bearbeitungsgerätes nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung des Fräsens mit dem Fräs-/Schneidwerkzeug aus 1.
    • 6 ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Drehens mit dem Fräs-/Schneidwerkzeug aus 1.
    • 7 ist ein Längsschnitt, der eine Modifikation des Fräs-/Schneidwerkzeugs aus 1 zeigt.
    • 8 ist eine Vorderansicht, die das Fräs-/Schneidwerkzeug aus 7 zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsform
  • Ein Fräs-/Schneidwerkzeug 1 und eine Bearbeitungsvorrichtung 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • Wie in den 1 bis 3 dargestellt ist, ist das Fräs-/Schneidwerkzeug 1 entsprechend dieser Ausführungsform versehen mit: einer im wesentlichen säulenförmigen Werkzeughaupteinheit 2, die, an ihrem einen Ende, mit einem Konusschaft 3 zur Befestigung des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 an der Bearbeitungsvorrichtung 10 versehen ist; und einer Mehrzahl von (z.B. sechs) kreisförmigen Spitzen (Spitzen) 4, die am anderen Ende der Werkzeughaupteinheit 2 befestigt sind.
  • Wie in 2 dargestellt ist, haben die kreisförmigen Spitzen 4 kegelstumpfförmige Formen mit Flächen mit großem Durchmesser 4a und Flächen mit kleinem Durchmesser 4b. Wie in 3 dargestellt ist, sind die kreisförmigen Spitzen 4 an einer distalen Stirnfläche des Werkzeughauptgerätes 2 in gleichen radialen Richtungspositionen in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um eine Mittelachse (Achse) O angeordnet.
  • Zusätzlich sind, wie in 2 dargestellt ist, die kreisförmigen Spitzen 4 auf der distalen Seite der Werkzeughaupteinheit 2 so angeordnet, dass deren Mittelachsen leicht zum distalen Ende hin in Richtungen geneigt sind, die sich der Mittelachse (Achse) O der Werkzeughaupteinheit 2 nähern. Dabei werden die kreisförmigen Spitzen 4 so angeordnet, dass die Großdurchmesser-Flächen 4a der Distalende-Seite (axiale Richtung) entlang der Mittelachse O der WerkzeugHaupteinheit 2 zugewandt und leicht nach innen geneigt sind. In 2 kennzeichnet die doppelpunktierte Linie die Positionen der Großdurchmesser-Flächen 4a in axialer Richtung auf der Distalende-Seite.
  • Mit anderen Worten, die Großdurchmesser-Flächen 4a der kreisförmigen Spitzen 4, die am distalen Ende der Werkzeughaupteinheit 2 angeordnet sind und die nach vorne gerichtet in Richtung der Mittelachse O angeordnet sind, bilden Spanflächen beim Drehen, und die Außenumfangsflächen der kreisförmigen Spitzen 4 bilden Spanflächen beim Fräsen.
  • Als nächstes wird die Bearbeitungsvorrichtung 10 entsprechend dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 4 dargestellt ist, ist die Bearbeitungsvorrichtung 10 entsprechend dieser Ausführungsform versehen mit: einem Motor (Drehantriebsabschnitt) 11, an dem das Fräs-/Schneidwerkzeug 1 mittels des Konusschaftes 3 angebracht wird und der das Fräs-/Schneidwerkzeug 1 um die Mittelachse O dreht; einem Tisch 12, der einen Bearbeitungsgegenstand X in einem angebrachten Zustand trägt; einer Hauptwelle (Bearbeitungsgegenstand-Drehmechanismus) 13, die den Bearbeitungsgegenstand X um eine vorbestimmte Drehachse (Achse) P dreht; einem Bewegungsmechanismus 14, der das Fräs-/Schneidwerkzeug 1 in Bezug auf den Tisch 12 und die Hauptwelle 13 bewegt; und einem Steuerabschnitt 15, der den Motor 11, die Hauptwelle 13 und den Bewegungsmechanismus 14 steuert.
  • Die Hauptwelle 13 ist in der Lage, den Bearbeitungsgegenstand X um die Drehachse P zu drehen, die in einer Ebene angeordnet ist, die die Mittelachse O des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 nicht schneidet und die orthogonal zur Mittelachse O liegt, mit anderen Worten schräg zur Mittelachse O des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1.
  • Der Steuerabschnitt 15 steuert die Drehzahl des Motors 11 und der Hauptwelle 13, und steuert die Positionierung, die der Bewegungsmechanismus 14 für das Fräs-/Schneidwerkzeug 1 ausführt.
  • Im Folgenden werden die Operationen des so konfigurierten Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 und der Bearbeitungsvorrichtung 10 entsprechend dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Um den Bearbeitungsgegenstand X mit dem Fräs-/Schneidwerkzeug 1 und der Bearbeitungsvorrichtung 10 entsprechend dieser Ausführungsform, wie in 5 dargestellt ist, zu fräsen, wird der Bearbeitungsgegenstand X am Tisch 12 befestigt, das Fräs-/Schneidwerkzeug 1, das über den Konusschaft 3 mit dem Motor 11 verbunden ist, um die Mittelachse O gedreht, wobei die kreisförmigen Spitzen 4 am distalen Ende des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 durch Betätigung des Bewegungsmechanismus 14 nahe an den Bearbeitungsgegenstand X herangeführt werden.
  • Das Fräsen des Bearbeitungsgegenstandes X erfolgt dabei über die Mehrzahl der um die Mittelachse O der WerkzeugHaupteinheit 2 gedrehten kreisförmigen Spitzen 4.
  • Um zusätzlich das Drehen des Bearbeitungsgegenstandes X mit dem Fräs-/Schneidwerkzeug 1 und der Bearbeitungsvorrichtung 10 entsprechend dieser Ausführungsform durchzuführen, wird, wie in 6 dargestellt ist, der Bearbeitungsgegenstand X an der Hauptwelle 13 befestigt, das über den Konusschaft 3 mit dem Motor 11 verbundene Fräs-/Schneidwerkzeug 1 wird in einer vorgegebenen Phase um die Drehachse P angehalten, und, während des Drehens des Bearbeitungsgegenstandes X um die Drehachse P durch Betätigung der Hauptwelle 13, eine der kreisförmigen Spitzen 4 am distalen Ende des Fräs-/Schneidwerkzeuges 1 wird durch Betätigung des Bewegungsmechanismus 14 nahe an den Bearbeitungsgegenstand X geführt.
  • Da die Mittelachse O des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 und die Drehachse P der Hauptwelle 13, wie in 6 dargestellt ist, schräg angeordnet sind, ist die Tangentialrichtung des Bearbeitungsgegenstandes X an einer Stelle, an der der Bearbeitungsgegenstand X mit der Kreisspitze 4 in Berührung kommt, zu einer Richtung parallel zur Mittelachse O des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 ausgerichtet. Dadurch wirkt eine Kraft, die die Kreisspitze 4 beim Drehen vom Bearbeitungsgegenstand X erfährt, in die Richtung, die parallel zur Mittelachse O des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 ist, wie der Pfeil in 6 zeigt, weshalb kein Moment erzeugt wird, das eine Drehung des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 um die Mittelachse O bewirkt.
  • Wie oben beschrieben worden ist, ist es mit dem Fräs-/Schneidwerkzeug 1 und der Bearbeitungsvorrichtung 10 entsprechend dieser Ausführungsform möglich, mit dem Einzel-Fräs-/Schneidwerkzeug 1 zu fräsen und zu drehen. Da beim Drehen außerdem kein Moment entsteht, bei dem das Fräs-/Schneidwerkzeug 1 um die Mittelachse O gedreht wird, ist es nicht notwendig, eine spezielle Immobilisierungseinrichtung vorzusehen, die eine Drehung des Fräs-/Schneidwerkzeugs 1 verhindert.
  • Es ist zu beachten, dass es, obwohl die kreisförmigen Spitzen 4 als Spitzen in dieser Ausführungsform verwendet werden, keine Beschränkung darauf gibt, wobei Spitzen anderer beliebiger Formen verwendet werden können. Durch den Einsatz der kreisförmigen Spitzen 4 ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verringerung der Kontaktflächen zwischen den kreisförmigen Spitzen 4 und dem Bearbeitungsgegenstand X gute Schnittflächen erzielt werden können.
  • Auch wenn die Werkzeughaupteinheit 2 in dieser Ausführungsform säulenförmig ausgebildet ist, gibt es keine Einschränkung.
  • Auch wenn diese Ausführungsform an einem Beispiel mit sechs kreisförmigen Spitzen 4 beschrieben wurde, gibt es keine Beschränkung darauf.
  • Darüber hinaus können die sechs kreisförmigen Spitzen 4 zwar an den gleichen Positionen in radialer Richtung und den Positionen in axialer Richtung in dieser Ausführung angeordnet sein, aber die Anordnung in Umfangsrichtung kann abwechselnd unterschiedlich sein, wie in den 7 und 8 dargestellt ist. In 7 zeigt die doppelpunktierte Linie die Positionen der Großdurchmesser-Flächen 4a in axialer Richtung auf der am weitesten distal-seitig liegenden Seite.
  • Mit anderen Worten, wie in den 7 und 8 dargestellt ist, die sechs kreisförmigen Spitzen 4 können in Gruppen mit jeweils drei abwechselnd angeordneten kreisförmigen Spitzen 4 unterteilt werden, wobei die ersten Spitzen 41, die zu einer der Gruppen gehören, an Positionen angeordnet werden können, die im Vergleich zu den zweiten Spitzen 42, die zur anderen Gruppe gehören, radial nach innen und axial nach hinten zurückgezogen sind.
  • Durch den Einsatz einer solchen Konfiguration ist es möglich, Frässpitzen und Drehspitzen zu trennen. Mit anderen Worten, die zweiten Spitzen 42, die radial nach außen und axial nach vorne zur Mittelachse O der Werkzeughaupteinheit 2 angeordnet sind, können als Frässpitzen verwendet werden, wobei es beim Fräsen mit den zweiten Spitzen 42 möglich ist, das Fräsen durchzuführen, ohne dass die ersten Spitzen 41 mit dem Bearbeitungsgegenstand X in Berührung kommen.
  • Andererseits kann beim Drehen eine der ersten Spitzen 41 in einer Phase angeordnet sein, in der die erste Spitze 41 mit dem Bearbeitungsgegenstand X in Berührung kommt. Dadurch werden die zweiten Spitzen 42 nicht zur Durchführung des Drehens benutzt.
  • Dadurch ist es möglich, die Fräs- und Drehspitzen zu trennen, was den Vorteil hat, dass dabei unterschiedliche Materialien verwendet werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fräs-/Schneidwerkzeug
    2
    Werkzeughaupteinheit
    3
    Konusschaft
    4
    kreisförmige Spitze (Spitze)
    4a
    Großdurchmesser-Fläche (Spanfläche)
    4b
    Kleindurchmesser-Fläche
    10
    Bearbeitungsvorrichtung
    11
    Motor (Drehantriebsabschnitt)
    12
    Tisch
    13
    Hauptwelle (Bearbeitungsgegenstand-Drehmechanismus)
    14
    Bewegungsmechanismus
    15
    Steuerabschnitt
    41
    erste Spitze
    42
    zweite Spitze
    O
    Mittelachse (Achse)
    P
    Drehachse (Achse)
    X
    Bearbeitungsgegenstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 7251340 [0004]

Claims (5)

  1. Fräs-/Schneidwerkzeug, umfassend: eine um eine Achse gedrehte Werkzeughaupteinheit; und eine Mehrzahl von Spitzen, die mit Abständen dazwischen in Umfangsrichtung um die Achse der Werkzeughaupteinheit angeordnet sind, wobei die einzelnen Spitzen so angeordnet sind, dass ihre sich drehenden Spanflächen der axialen Richtung zugewandt sind.
  2. Fräs-/Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Spitzen kreisförmige Spitzen sein können.
  3. Fräs-/Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spitzen aus ersten Spitzen und zweiten Spitzen gebildet sind, die abwechselnd in Umfangsrichtung um die Achse angeordnet sind, und wobei die ersten Spitzen an Positionen angeordnet sind, die in radiale Richtungen und die axialen Richtungen in Bezug auf die zweiten Spitzen zurückgezogen sind.
  4. Bearbeitungsvorrichtung, umfassend: ein Fräs-/Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
  5. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: einen rotierenden Antriebsabschnitt, der das Fräs-/Schneidwerkzeug um die Achse dreht; einen Bewegungsmechanismus, der das Fräs-/Schneidwerkzeug und den Bearbeitungsgegenstand relativ zueinander bewegt; und einen Bearbeitungsgegenstand-Drehmechanismus, der den Bearbeitungsgegenstand um eine Achse dreht, die schräg zur Achse des Fräs-/Schneidwerkzeugs angeordnet ist.
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