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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung einer äußeren Umfangsfläche eines Werkstücks.
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Werkstücke, die einen großen Außendurchmesser, insbesondere von mehr als 170 mm, bei zugleich großer Auskraglänge, insbesondere von mindestens einem 0,8-fachen des Außendurchmessers, aufweisen, werden typischerweise drehend, insbesondere auf Dreh-Fräszentren, bearbeitet. Dies ist insbesondere mit Blick auf eine gesamte Fertigungsstrategie zur Herstellung komplexer Bauteile, insbesondere von Statorgehäusen für Elektromotoren, nachteilig, da ein großer Zeit- und Kostenaufwand insbesondere mit Blick auf die Verwendung verschiedener Bearbeitungsstationen sowie dem Umspannen verschiedener insbesondere einerseits zur Innenbearbeitung und andererseits zur Außenbearbeitung benötigter Werkzeuge anfällt. Insbesondere können die Innendurchmesser derartiger Werkstücke typischerweise mit rotierenden Werkzeugen auf einem Bearbeitungszentrum bearbeitet werden, was ein schnelles und insbesondere automatisiertes Umspannen erlaubt. Es wäre daher wünschenswert, auch die Außendurchmesser solcher Werkstücke, das heißt die äußeren Umfangsflächen, mit einem rotierenden Werkzeug auf einem Bearbeitungszentrum bearbeiten zu können. Die Bearbeitung von äußeren Umfangsflächen auf Bearbeitungszentren ist derzeit aber lediglich mit sogenannten Brückenwerkzeugen möglich, die Schneiden an von einer Schnittstelle radial abragenden Armen tragen, wobei aus geometrischen Gründen und aus Stabilitätsgründen nur vergleichsweise kleine Auskraglängen und/oder Außendurchmesser bearbeitet werden können. Die hier skizzierte Problematik ergibt sich in besonderer Weise für die Feinbearbeitung (IT7-Qualität) entsprechend großer Außendurchmesser, insbesondere bei großer Auskraglänge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung einer äußeren Umfangsfläche eines Werkstücks zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert, vorzugsweise vermieden sind.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung einer äußeren Umfangsfläche eines Werkstücks geschaffen wird, das eine Schnittstelle aufweist, die eingerichtet ist zur Befestigung des Werkzeugs an einer Gegenschnittstelle. Das Werkzeug weist außerdem einen zumindest abschnittsweise zylindrischen Grundkörper auf. Der Grundkörper weist eine einen Aufnahmeraum umgreifende Umfangswandung auf und ist stirnseitig offen ausgebildet, sodass das Werkstück zumindest teilweise in dem Aufnahmeraum aufgenommen werden kann. An dem Grundkörper ist mindestens eine in den Aufnahmeraum eingreifende Schneide für die spanabhebende Bearbeitung der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks angeordnet. Die Umfangswandung weist mindestens eine Spandurchtrittsaussparung auf, die derart relativ zu der mindestens einen Schneide angeordnet ist, dass von der mindestens einen Schneide während der Bearbeitung des Werkstücks abgetragene Späne durch die mindestens eine Spandurchtrittsaussparung hindurch aus dem Aufnahmeraum in eine äußere Umgebung des Grundkörpers austreten können. Der zumindest abschnittsweise zylindrische Grundkörper verleiht dem Werkzeug eine hohe Stabilität, sodass große Außendurchmesser selbst bei großen Auskraglängen mit hoher Qualität bearbeitet, insbesondere auch feinbearbeitet (mindestens IT7-Qualität und besser), werden können. Dabei kann das bearbeitete Werkstück während der Bearbeitung in den stirnseitig offenen Aufnahmeraum aufgenommen werden, wobei das Werkzeug das Werkstück mit der Umfangswandung zumindest bereichsweise umgreift. Das Werkzeug ist somit insbesondere als Rohr- oder Glockenwerkzeug ausgebildet, was eine intrinsisch hohe Stabilität mit sich bringt. Mit der mindestens einen in den Aufnahmeraum eingreifenden, das heißt insbesondere in radialer Richtung in den Aufnahmeraum hinein vorstehenden Schneide kann die äußere Umfangsfläche des Werkstücks, mithin der Außendurchmesser, spanabhebend bearbeitet werden. Die dabei auftretenden Späne können durch die der Schneide zugeordnete Spandurchtrittsaussparung radial nach außen austreten, sodass eine Beschädigung der Werkstückoberfläche, insbesondere der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks, durch zwischen der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks und der Umfangswandung des Werkzeugs angeordnete, insbesondere eingeklemmte Späne wirksam vermieden wird. Nicht zuletzt hierdurch wird in Verbindung mit der hohen Stabilität des Werkzeugs eine sehr hohe Bearbeitungsqualität gewährleistet. Zusätzlich reduziert die Spandurchtrittsaussparung vorteilhaft das Gewicht des Werkzeugs, was sich nicht zuletzt positiv auf die Bearbeitungsgenauigkeit bei großen Auskraglängen auswirkt. Mit der Schnittstelle schließlich ist es möglich, das Werkzeug vorteilhaft mit einer Gegenschnittstelle, insbesondere einer Maschinenspindel, besonders bevorzugt eines Bearbeitungszentrums, zu verbinden, wobei es insbesondere möglich ist, eine rotierende Bearbeitung des Werkstücks derart durchzuführen, dass entweder das Werkzeug oder das Werkstück um eine gedachte Längsachse des Werkzeugs gedreht wird, oder dass sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück relativ zueinander um die Längsachse des Werkzeugs gedreht werden. Dies wiederum erlaubt es vorteilhaft, zumindest die wesentlichen Bearbeitungsschritte des Werkstücks, insbesondere sowohl eine Innenbearbeitung als auch eine Außenbearbeitung, auf einer selben Bearbeitungsstation, insbesondere einem Bearbeitungszentrum, durchzuführen, wodurch der Zeit- und Kostenaufwand in Zusammenhang mit der Bearbeitung des Werkstücks deutlich verringert wird. Insbesondere werden Rüst- und Umspannzeiten deutlich reduziert.
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Insbesondere erlaubt das hier vorgeschlagene Werkzeug eine Komplettbearbeitung eines topfförmigen Statorgehäuses für einen Elektromotor auf einer einzigen Maschine, insbesondere einem Bearbeitungszentrum. Dabei können sowohl der Innendurchmesser, das heißt eine innere Umfangsfläche, als auch der Außendurchmesser, das heißt die äußere Umfangsfläche, des topfförmigen Statorgehäuses auf derselben Maschine, insbesondere dem Bearbeitungszentrum, bearbeitet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist die Schnittstelle als Hohlschaftkegel-Schnittstelle, als Steilkegel-Schnittstelle, als Morsekegel-Schnittstelle oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet.
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Unter einer Axialrichtung oder Längsrichtung wird im Kontext der hier vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine Richtung verstanden, die sich entlang einer längsten Erstreckung, vorzugsweise entlang einer Symmetrie- oder Drehachse des bevorzugt zylindersymmetrischen, insbesondere rotationssymmetrischen Werkzeugs erstreckt. Eine radiale Richtung steht senkrecht auf der Axialrichtung. Eine Umfangsrichtung umgreift die Axialrichtung konzentrisch.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Werkzeug genau eine Schneide auf. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Werkzeug eine Mehrzahl von Schneiden auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Werkzeug genau eine Spandurchtrittsaussparung auf. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Werkzeug eine Mehrzahl von Spandurchtrittsaussparungen auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist der Grundkörper kreiszylindrisch oder rotationssymmetrisch ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist der Grundkörper rohrförmig ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist die mindestens eine Schneide an der Umfangswandung des Grundkörpers angeordnet.
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Die mindestens eine Schneide weist insbesondere eine geometrisch definierte oder geometrisch bestimmte Schneidkante auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist die mindestens eine Schneide als Messerplatte, Schneidplatte oder Wendeschneidplatte ausgebildet, die mindestens eine geometrisch definierte oder geometrisch bestimmte Schneidkante aufweist
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Die mindestens eine Schneide ist insbesondere in bearbeitendem Eingriff mit der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks, wenn das Werkstück zumindest teilweise in dem Aufnahmeraum aufgenommen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeug als die mindestens eine Schneide eine Mehrzahl von Schneiden aufweist, wobei die Umfangswandung eine Mehrzahl von Spandurchtrittsaussparungen aufweist, und wobei jeder Spandurchtrittsaussparung der Mehrzahl von Spandurchtrittsaussparungen mindestens eine Schneide der Mehrzahl von Schneiden derart zugeordnet ist, dass von der jeweils zugeordneten Schneide abgetragene Späne durch die zugeordnete Spandurchtrittsaussparung hindurch aus dem Aufnahmeraum in die äußere Umgebung austreten können. Es ist möglich, dass jeder Spandurchtrittsaussparung der Mehrzahl von Spandurchtrittsaussparungen genau eine Schneide der Mehrzahl von Schneiden zugeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass mindestens einer Spandurchtrittsaussparung der Mehrzahl von Spandurchtrittsaussparungen eine Mehrzahl von Schneiden, insbesondere mindestens zwei Schneiden, zugeordnet ist. Bevorzugt ist aber jeder Schneide der Mehrzahl von Schneiden eine - insbesondere genau eine - Spandurchtrittsaussparung zugeordnet, sodass bei jeder Schneide der Mehrzahl von Schneiden die von der jeweiligen Schneide abgetragenen Späne durch die zugeordnete Spandurchtrittsaussparung in radialer Richtung in die äußere Umgebung austreten können. Weist das Werkzeug eine Mehrzahl von Spandurchtrittsaussparungen auf, reduziert dies vorteilhaft zusätzlich das Gewicht des Werkzeugs, was nicht zuletzt auch dem Leichtbaugedanken Rechnung trägt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Spandurchtrittsaussparung entlang einer geschlossenen Aussparungs-Umfangslinie geschlossen ausgebildet ist. Die Aussparung-Umfangslinie erstreckt sich um einen Radiusvektor, der senkrecht auf der Axialrichtung des Werkzeugs steht und die Spandurchtrittsaussparung durchdringt. Es handelt sich also bei der Aussparungs-Umfangslinie um eine den Umfang der Spandurchtrittsaussparung umgreifende Linie, und nicht um eine den Umfang des Werkzeugs umgreifende Linie. Der Begriff „Umfang“ bezieht sich hier also auf den Umfang der Spandurchtrittsaussparung und nicht auf den Werkzeugumfang. Die mindestens eine Spandurchtrittsaussparung ist in diesem Fall insbesondere als ein Fenster in der Umfangswandung ausgebildet. Insbesondere ist die Spandurchtrittsaussparung von dem Material der Umfangswandung und/oder von Material eines anderen Werkzeugteils, beispielsweise eines stirnseitigen Schneidenrings, insbesondere vollständig umrahmt. Auf diese Weise ist insbesondere die Stabilität des Grundkörpers und damit auch des Werkzeugs insgesamt hoch.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umfangswandung mindestens eine Zusatzaussparung aufweist. Die mindestens eine Zusatzaussparung trägt vorteilhaft zu einem weiter reduzierten Gewicht des Werkzeugs bei, sodass dieses besonders leicht ausgebildet sein kann. Dies trägt insbesondere dem Leichtbaugedanken Rechnung.
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Insbesondere ist der Zusatzaussparung - im Unterschied zu einer Spandurchtrittsaussparung - keine Schneide zugeordnet. Die Zusatzaussparung ist also insbesondere frei von einer Schneide. Insbesondere dient die Zusatzaussparung nicht zum Durchtritt von Spänen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Zusatzaussparung die Umfangswandung durchgreift. Insbesondere ist der Aufnahmeraum gegenüber der äußeren Umgebung im Bereich der Zusatzaussparung offen. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich eine erhebliche Gewichtsreduktion für das Werkzeug.
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Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Zusatzaussparung - in radialer Richtung - zumindest einseitig geschlossen ist. Die Zusatzaussparung ist bevorzugt zu dem Aufnahmeraum hin, oder zu der äußeren Umgebung des Werkzeugs hin, oder zu beiden Seiten geschlossen. Eine zu beiden Seiten geschlossene Zusatzaussparung ist insbesondere mittels eines generativen oder additiven Fertigungsverfahrens herstellbar.
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In einer Ausführungsform ist die Umfangswandung im Bereich der Zusatzaussparung ausgedünnt, das heißt bezüglich ihrer Wandstärke reduziert. Die Umfangswandung weist aber auch im Bereich der Zusatzaussparung noch eine endliche Wandstärke auf. Insbesondere ist die Zusatzaussparung als Tasche in der Umfangswandung ausgebildet. Insbesondere weist somit die Zusatzaussparung einen Boden auf, der ein Volumen der Zusatzaussparung von dem Aufnahmeraum oder von der äußeren Umgebung trennt. Die mindestens eine, zu dem Aufnahmeraum hin geschlossene Zusatzaussparung führt ebenfalls noch zu einer beträchtlichen Gewichtsreduktion für das Werkzeug, wobei dieses jedoch zugleich eine deutlich größere Stabilität aufweist, als wenn die Zusatzaussparung die Umfangswandung durchgreift.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs weist die Umfangswandung mindestens eine die Umfangswandung durchgreifende Zusatzaussparung und mindestens eine zumindest einseitig geschlossene Zusatzaussparung auf. Die verschiedenen Ausgestaltungen der Zusatzaussparung können also auch vorteilhaft miteinander kombiniert werden, insbesondere um zugleich das Gewicht des Werkzeugs zu reduzieren und dessen Stabilität zu erhöhen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schneide auf einem Flugkreis mit einem Durchmesser von mindestens 170 mm bis höchstens 300 mm, vorzugsweise von mindestens 180 mm bis höchstens 280 mm, vorzugsweise von mindestens 190 mm bis höchstens 270 mm, vorzugsweise von mindestens 200 mm bis höchstens 260 mm, angeordnet ist. Somit ist das Werkzeug vorteilhaft insbesondere eingerichtet, um Werkstücke mit großem Außendurchmesser zu bearbeiten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aufnahmeraum von einer öffnungsseitigen Stirnfläche bis zu einer - der öffnungsseitigen Stirnfläche in Axialrichtung gegenüberliegenden - Bodenfläche eine Länge aufweist, die dem Flugkreis multipliziert mit einem Faktor von mindestens 0,8 bis höchstens 3,5, vorzugsweise von mindestens 2 bis höchstens 3, vorzugsweise von mindestens 1,5 bis höchstens 2,5, entspricht. Somit ist das Werkzeug insbesondere eingerichtet, um Werkstücke mit großer Auskraglänge zu bearbeiten. Die öffnungsseitige Stirnfläche ist insbesondere der Schnittstelle in Axialrichtung gegenüberliegend angeordnet. Im Bereich der Stirnfläche ist der Aufnahmeraum offen, sodass das Werkstück von der öffnungsseitigen Stirnfläche her in den Aufnahmeraum eingeführt werden kann. Insbesondere umgreift die öffnungsseitige Stirnfläche eine Öffnung des Aufnahmeraums, durch welche das Werkstück in den Aufnahmeraum eingeführt werden kann. Die Bodenfläche ist in Längsrichtung auf der Seite der Schnittstelle angeordnet. Bevorzugt ist die Schnittstelle mit der Bodenfläche einstückig ausgebildet oder mehrteilig verbunden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeug als die mindestens eine Schneide mindestens eine erste Schneide und mindestens eine zweite Schneide aufweist, wobei die mindestens eine erste Schneide relativ zu der mindestens einen zweiten Schneide in Axialrichtung des Grundkörpers versetzt angeordnet ist. Außerdem ist der mindestens einen ersten Schneide ein erster Flugkreis zugeordnet, der von einem zweiten, der mindestens einen zweiten Schneide zugeordneten zweiten Flugkreis verschieden ist. Die mindestens eine erste Schneide und die mindestens eine zweite Schneide sind also insbesondere nicht nur axial, sondern auch radial zueinander versetzt. Dies erlaubt vorteilhaft eine gestufte Außenbearbeitung des Werkstücks, insbesondere die simultane oder sequenzielle Bearbeitung einer Mehrzahl von verschiedenen Außendurchmessern an demselben Werkstück.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper und die Schnittstelle mehrteilig ausgebildet und miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht es vorteilhaft insbesondere, dass die Schnittstelle separat von dem Grundkörper, insbesondere aus einem anderen Material, gefertigt werden kann. Dadurch kann wiederum insbesondere für die Schnittstelle eine höhere Steifigkeit und/oder Stabilität bereitgestellt werden als für den Grundkörper, was vorteilhaft ist, da im Bereich der Schnittstelle typischerweise größere Kräfte angreifen; zugleich kann der Grundkörper leicht und trotzdem stabil ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die Schnittstelle formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Grundkörper, insbesondere mit der Bodenfläche, verbunden ist. Bevorzugt ist die Schnittstelle mit dem Grundkörper, insbesondere mit der Bodenfläche, verschraubt.
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In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist die Schnittstelle einstückig, vorzugsweise materialeinheitlich, mit dem Grundkörper ausgebildet. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige und einfache Herstellung des Werkzeugs.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper ein erstes Material aufweist, wobei die Schnittstelle ein zweites Material aufweist. Insbesondere ist das erste Material ein anderes Material als das zweite Material. Der Grundkörper und die Schnittstelle weisen also insbesondere voneinander verschiedene Materialien auf oder bestehen aus voneinander verschiedenen Materialien. Dies erlaubt vorteilhaft eine Optimierung der Materialwahl einerseits für die Schnittstelle und andererseits für den Grundkörper mit Blick auf die verschiedenen gewünschten Eigenschaften. Insbesondere kann für die Schnittstelle eine erhöhte Steifigkeit und/oder Stabilität bereitgestellt werden, wobei der Grundkörper insbesondere zugleich leicht und stabil ausgebildet werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs weist das erste Material eine geringere Dichte auf als das zweite Material. Somit kann der Grundkörper besonders leicht ausgebildet sein. Zugleich kann die Schnittstelle besonders steif und/oder stabil ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist das erste Material ein Leichtmetall und das zweite Material Stahl. Bevorzugt ist das erste Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Die entsprechende Materialwahl ermöglicht in besonderer Weise eine steife und/oder stabile Ausbildung der Schnittstelle bei gleichzeitig leichter und stabiler Ausgestaltung des Grundkörpers.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an der öffnungsseitigen Stirnfläche des Grundkörpers ein mindestens eine Stirnschneide aufweisender Schneidenring angeordnet ist. Mittels der mindestens einen Stirnschneide kann vorteilhaft eine Stirnfläche des Werkstücks, das heißt insbesondere eine Fläche, auf der die Axialrichtung senkrecht steht, zusätzlich zu der äußeren Umfangsfläche bearbeitet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schneidenring genau eine Stirnschneide auf. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Schneidenring eine Mehrzahl von Stirnschneide auf. Bevorzugt weist der Schneidenring als die mindestens eine Stirnschneide mindestens eine erste Stirnschneide und mindestens eine zweite Stirnschneide auf, wobei die mindestens eine erste Stirnschneide relativ zu der mindestens einen zweiten Stirnschneide radial versetzt an dem Schneidenring angeordnet ist.
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Die mindestens eine Stirnschneide weist insbesondere eine geometrisch definierte oder geometrisch bestimmte Schneidkante auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist die mindestens eine Stirnschneide als Messerplatte, Schneidplatte oder Wendeschneidplatte ausgebildet, die mindestens eine geometrisch definierte oder geometrisch bestimmte Schneidkante aufweist
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist der Schneidenring mehrteilig mit dem Grundkörper ausgebildet und mit dem Grundkörper verbunden. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Materialwahl für den Schneidenring einerseits und den Grundkörper andererseits in Bezug auf die jeweils geforderten Eigenschaften optimiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs weist der Schneidenring ein drittes Material auf, das eine höhere Dichte aufweist als das erste Material des Grundkörpers. Somit kann der Schneidenring vorteilhaft stabiler und/oder steifer ausgebildet sein als der Grundkörper. Bevorzugt trägt dabei der Schneidenring zusätzlich vorteilhaft zur Gesamtstabilität des Werkzeugs bei. Bevorzugt ist das dritte Material dasselbe Material wie das zweite Material der Schnittstelle.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist das dritte Material Stahl.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs weist der Schneidenring mindestens eine der mindestens einen Stirnschneide zugeordnete Spanabfuhrnut auf, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass von der mindestens einen Stirnschneide abgetragene Späne über die der Stirnschneide zugeordnete Spanabfuhrnut insbesondere in radialer Richtung - und/oder in Axialrichtung in Richtung der Schnittstelle - abgeführt werden können. Bevorzugt ist jeder Stirnschneide einer Mehrzahl von Stirnschneiden des Schneidenrings jeweils eine - insbesondere separate - Spanabfuhrnut zugeordnet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schneide einstückig mit der Umfangswandung ausgebildet. Vorzugsweise ist die mindestens eine Schneide aus der Umfangswandung herausgearbeitet. Bevorzugt ist die Schneide, insbesondere die Schneidkante der Schneide insbesondere mit einem Hartstoff beschichtet.
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In einer alternativen Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schneide stoffschlüssig mit der Umfangswandung verbunden ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Schneide mit der Umfangswandung verklebt, verschweißt oder verlötet.
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In einer alternativen Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schneide form- und/oder kraftschlüssig an der Umfangswandung befestigt ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Schneide mit der Umfangswandung verschraubt.
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Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Schneide verstellbar an der Umfangswandung angeordnet ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft insbesondere eine axiale und/oder radiale Position der mindestens einen Schneide eingestellt, insbesondere feinjustiert werden. Auf diese Weise kann insbesondere vorteilhaft ein Bearbeitungsdurchmesser, das heißt insbesondere Flugkreis, der mindestens einen Schneide, hochgenau justiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schneide in einer Schneidenkassette aufgenommen ist, wobei die Schneidenkassette an der Umfangswandung angeordnet, insbesondere befestigt, vorzugsweise verschraubt ist. Die Schneide kann mit der Schneidenkassette stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt, verlötet und/oder verschweißt, oder aber form- und/oder kraftschlüssig verbunden, insbesondere verschraubt sein. Ein Verstellmechanismus des Werkzeugs, der eingerichtet ist, um eine axiale und/oder radiale Position der Schneide zu verstellen, kann in bevorzugter Ausgestaltung entweder an der Schneidenkassette vorgesehen sein, oder er kann an der Umfangswandung vorgesehen und eingerichtet sein, um auf die Schneidenkassette zu wirken und somit die Schneide mittelbar über eine Verstellung der Schneidenkassette zu verstellen.
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In einer Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Stirnschneide einstückig mit dem Schneidenring ausgebildet. Vorzugsweise ist die mindestens eine Stirnschneide aus dem Schneidenring herausgearbeitet. Bevorzugt ist die Stirnschneide, insbesondere die Schneidkante der Stirnschneide insbesondere mit einem Hartstoff beschichtet.
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In einer alternativen Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Stirnschneide stoffschlüssig mit dem Schneidenring verbunden ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Stirnschneide mit dem Schneidenring verklebt, verschweißt oder verlötet.
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In einer alternativen Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Stirnschneide form- und/oder kraftschlüssig an dem Schneidenring befestigt ist. Vorzugsweise ist die mindestens eine Stirnschneide mit dem Schneidenring verschraubt.
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Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Stirnschneide verstellbar an dem Schneidenring angeordnet ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft insbesondere eine axiale und/oder radiale Position der mindestens einen Stirnschneide eingestellt, insbesondere feinjustiert werden. Auf diese Weise kann insbesondere vorteilhaft ein Bearbeitungsdurchmesser, das heißt insbesondere Flugkreis, der mindestens einen Stirnschneide, hochgenau justiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die mindestens eine Stirnschneide in einer Schneidenkassette aufgenommen ist, wobei die Schneidenkassette an dem Schneidenring angeordnet, insbesondere befestigt, vorzugsweise verschraubt ist. Die Stirnschneide kann mit der Schneidenkassette stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt, verlötet unter verschweißt, oder aber form- und/oder kraftschlüssig verbunden, insbesondere verschraubt sein. Ein Stirn-Verstellmechanismus des Werkzeugs, der eingerichtet ist, um eine axiale und/oder radiale Position der Stirnschneide zu verstellen, kann in bevorzugter Ausgestaltung entweder an der Schneidenkassette vorgesehen sein, oder er kann an dem Schneidenring vorgesehen und eingerichtet sein, um auf die Schneidenkassette zu wirken und somit die Stirnschneide mittelbar über eine Verstellung der Schneidenkassette zu verstellen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Grundkörper mindestens eine in den Aufnahmeraum eingreifende Führungsleiste angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Werkzeug vorteilhaft zur Feinbearbeitung der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks eingerichtet, insbesondere zur Fertigbearbeitung. Weist das Werkzeug demgegenüber keine solche Führungsleiste auf, kann es insbesondere zur Vorbearbeitung der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks eingerichtet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umfangswandung einschließlich der mindestens einen Spandurchtrittsaussparung eine Mehrzahl von Aussparungen aufweist, wobei jede Aussparung der Mehrzahl von Aussparungen ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Spandurchtrittsaussparung und einer Zusatzaussparung. Hierdurch kann der Grundkörper besonders leicht ausgebildet sein. Die mindestens eine Spandurchtrittsaussparung ist also insbesondere eine der Aussparungen.
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In einer Ausführungsform des Werkzeugs ist die Mehrzahl von Aussparungen so angeordnet, dass Material der Umfangswandung in Bereichen von während der Bearbeitung eines Werkstücks auftretenden Lastpfaden nicht ausgespart ist. Insbesondere ist die Mehrzahl von Aussparungen bevorzugt so angeordnet, dass ausschließlich dort Material der Umfangswandung nicht ausgespart ist, wo während der Bearbeitung eines Werkstücks Lastpfade auftreten. Insbesondere sind die Aussparungen, insbesondere die Spandurchtrittsaussparungen und die Zusatzaussparungen, von die Umfangswandung bildenden Stegen oder Streben eingerahmt, die sich entlang der Lastpfade erstrecken. Insbesondere ist der Grundkörper quasi fachwerkartig ausgebildet. Das Werkzeug weist damit vorteilhaft - im Sinne des Leichtbaugedankens - bei zugleich äußerst geringem Gewicht eine sehr hohe Stabilität auf.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine erste Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugs;
- 2 eine zweite Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Werkzeugs gemäß 1;
- 3 eine Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Werkzeugs gemäß den 1 und 2, und
- 4 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugs.
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1 zeigt eine erste Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugs 1 zur spanabhebenden Bearbeitung einer äußeren Umfangsfläche eines nicht dargestellten Werkstücks. Das Werkzeug 1 weist eine Schnittstelle 3 auf, die eingerichtet ist, um das Werkzeug 1 an einer Gegenschnittstelle, insbesondere einer Gegenschnittstelle einer Maschinenspindel, insbesondere eines Bearbeitungszentrums, zu befestigen. Das Werkzeug 1 weist außerdem einen zumindest abschnittsweise zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen, insbesondere rohrförmigen, Grundkörper 5 auf. Der Grundkörper 5 weist eine Umfangswandung 7 auf, die einen Aufnahmeraum 9 - in Umfangsrichtung - umgreift und im Bereich einer Stirnseite 11 offen ausgebildet ist. Auf diese Weise kann das Werkstück zumindest teilweise über die offene Stirnseite 11 in den Aufnahmeraum 9 eingeführt und in dem Aufnahmeraum 9 aufgenommen werden.
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Eine Längs- oder Axialrichtung des Werkzeugs 1 erstreckt sich entlang einer Längs- oder Drehachse A des Werkzeugs 1. Eine Radialrichtung steht senkrecht auf der Längsachse A, eine Umfangsrichtung umgreift die Längsachse A konzentrisch.
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An dem Grundkörper 5 ist mindestens eine in den Aufnahmeraum 9 eingreifende Schneide 13 angeordnet, die eingerichtet ist, um die äußere Umfangsfläche des Werkstücks spanend zu bearbeiten. Insbesondere ist an dem Grundkörper 5 eine Mehrzahl von Schneiden 13 angeordnet.
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Die Schneiden 13 können einstückig mit der Umfangswandung 7 ausgebildet sein. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die bevorzugt als Schneidplatten ausgebildeten Schneiden 13 allerdings in bevorzugter Ausgestaltung mehrteilig mit der Umfangswandung 7 ausgebildet und an dieser befestigt. Dabei ist eine stoffschlüssige Befestigung, aber auch eine form- und/oder kraftschlüssige Befestigung möglich. Bevorzugt sind die Schneiden 13 verstellbar an der Umfangswandung 7 angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schneiden 13 in Schneidenkassetten 15 aufgenommen, insbesondere mit den Schneidenkassetten 15 verschraubt, wobei die Schneidenkassetten 15 ihrerseits mit der Umfangswandung 7 verschraubt sind.
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Die Umfangswandung 7 weist außerdem mindestens eine Spandurchtrittsaussparung 17 auf, die derart relativ zu der mindestens eine Schneide 13 angeordnet ist, dass von der mindestens einen Schneide 13 während der Bearbeitung des Werkstücks abgetragene Späne durch die mindestens eine Spandurchtrittsaussparung 17 hindurch aus dem Aufnahmeraum 9 - radial - in eine äußere Umgebung 19 des Grundkörpers 5 austreten können. Insbesondere weist das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des Werkstücks 1 eine Mehrzahl solcher Spandurchtrittsaussparungen 17 auf, wobei insbesondere jeder Schneide 15 eine Spandurchtrittsaussparung 17 zugeordnet ist.
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Das Werkzeug 1 ist zugleich leicht und stabil ausgebildet und ermöglicht eine qualitativ hochwertige Bearbeitung von Werkstücken insbesondere mit großen Außendurchmessern und zugleich großen Auskraglängen, insbesondere auf einem Bearbeitungszentrum.
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Die Spandurchtrittsaussparungen 17 sind bevorzugt jeweils entlang einer geschlossenen Aussparungs-Umfangslinie geschlossen ausgebildet, sodass sie insbesondere von Material der Umfangswandung 7 umrahmt sind und damit quasi Fenster in der Umfangswandung 7 bilden.
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Die mindestens eine Schneide 13 ist bevorzugt auf einem Flugkreis mit einem Durchmesser von mindestens 170 mm bis höchstens 300 mm, vorzugsweise von mindestens 180 mm bis höchstens 280 mm, vorzugsweise von mindestens 190 mm bis höchstens 270 mm, vorzugsweise von mindestens 200 mm bis höchstens 260 mm, angeordnet.
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Der Aufnahmeraum 9 weist bevorzugt von einer auf der Stirnseite 11 angeordneten Stirnfläche 21 bis zu einer in Richtung der Längsachse A gegenüberliegenden Bodenfläche 23 eine Länge auf, die dem Flugkreis der mindestens einen Schneide 13 multipliziert mit einem Faktor von mindestens 0,8 bis höchstens 3,5, vorzugsweise von mindestens 2 bis höchstens 3, vorzugsweise von mindestens 1,5 bis höchstens 2,5, entspricht.
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Bevorzugt weist das Werkzeug 1 als die mindestens eine Schneide 13 mindestens eine erste Schneide 13.1 und mindestens eine zweite Schneide 13.2 auf, wobei die erste Schneide 13.1 relativ zu der zweiten Schneide 13.2 in Richtung der Längsachse A und zugleich in radialer Richtung versetzt angeordnet ist. Somit ist insbesondere der ersten Schneide 13.1 ein erster Flugkreis zugeordnet, der von einem zweiten, der zweiten Schneide 13.2 zugeordneten Flugkreis verschieden ist. Auf diese Weise ist eine gestufte Außenbearbeitung des Werkstücks möglich.
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An der Stirnseite 11 ist bevorzugt ein mindestens eine Stirnschneide 25 aufweisender Schneidenring 27 angeordnet, der vorzugsweise mehrteilig mit dem Grundkörper 5 ausgebildet und mit dem Grundkörper 5 verbunden, insbesondere verschraubt, ist. Insbesondere weist bevorzugt der Schneidenring 27 die Stirnfläche 21 auf. Die Stirnschneiden 25 sind bevorzugt mit dem Schneidenring 27 verschraubt. Der Schneidenring 27 weist bevorzugt mindestens eine Spanabfuhrnut 29 auf, über die von der mindestens eine Stirnschneide 25 abgetragene Späne insbesondere radial - und/oder axial nach hinten in Richtung der Schnittstelle 3 - nach außen abgeführt werden können. Bevorzugt ist jeder Stirnschneide 25 jeweils eine Spanabfuhrnut 29 zugeordnet.
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2 zeigt eine zweite Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Werkzeugs 1 gemäß 1.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Die Schnittstelle 3 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Hohlschaftkegel-Schnittstelle ausgebildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schnittstelle 3 auch als Steilkegel-Schnittstelle, als Morsekegel-Schnittstelle, oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein.
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Die Schnittstelle 3 ist bevorzugt mehrteilig mit dem Grundkörper 5 ausgebildet und mit diesem - insbesondere form-, kraft- und/oder stoffschlüssig - verbunden. Bevorzugt ist die Schnittstelle 3 mit dem Grundkörper 5, insbesondere mit der Bodenfläche 23, verschraubt.
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Bevorzugt weist der Grundkörper 5 ein erstes Material auf, wobei die Schnittstelle 3 ein zweites Material aufweist. Vorzugsweise weist das erste Material eine geringere Dichte auf als das zweite Material, wobei insbesondere das erste Material ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, und das zweite Material Stahl ist.
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Der Schneidenring 27 weist bevorzugt ein drittes Material auf, das eine höhere Dichte aufweist als das erste Material des Grundkörpers 5, und wobei weiter vorzugsweise das dritte Material Stahl ist.
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3 zeigt eine Detaildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Werkzeugs 1 gemäß den 1 und 2. dabei sind in dieser Darstellung besonders gut die Schneiden 13 mit den ihnen zugeordneten Spandurchtrittsaussparungen 17 zu erkennen.
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4 zeigt eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Werkzeugs 1. die Umfangswandung 7 weist bevorzugt mindestens eine Zusatzaussparung 31 auf, hier eine Mehrzahl von Zusatzaussparungen 31, wobei der übersichtlicheren Darstellung wegen nur manche der Zusatzaussparungen 31 mit dem entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Zusatzaussparungen 31 durchgreifen bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Umfangswandung 7, sodass der Aufnahmeraum 9 durch die Zusatzaussparungen 31 hindurch gegenüber der äußeren Umgebung 19 offen ist. Den Zusatzaussparungen 31 ist - im Unterschied zu den Spandurchtrittsaussparungen 17 - keine Schneide 13 zugeordnet. Die Spandurchtrittsaussparungen 17 und die Zusatzaussparungen 31 werden insgesamt als Aussparungen 32 bezeichnet.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist möglich, dass die Zusatzaussparungen 31 - in radialer Richtung - zumindest einseitig, insbesondere zu dem Aufnahmeraum 9 hin geschlossen ausgebildet sind. Alternativ ist es möglich, dass die Zusatzaussparungen 31 zu der äußeren Umgebung 19 hin, oder beidseitig geschlossen sind. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem zumindest eine der Zusatzaussparungen 31 die Umfangswandung 7 durchgreift, wobei zugleich mindestens eine andere Zusatzaussparung 31 der Zusatzaussparungen 31 zumindest einseitig geschlossen ausgebildet ist.
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Die Aussparungen 32, das heißt die Spandurchtrittsaussparungen 17 und die Zusatzaussparungen 31, sind bevorzugt so angeordnet, dass Material der Umfangswandung 7 in solchen Bereichen nicht ausgespart ist, in denen während der Bearbeitung des Werkstücks Lastpfade auftreten. Auf diese Weise ist das Werkzeug 1 quasi fachwerkartig ausgebildet und zugleich leicht und sehr stabil.
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An dem Grundkörper 5 ist bevorzugt mindestens eine in den Aufnahmeraum 9 eingreifende Führungsleiste 33 angeordnet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Führungsleisten 33 vorgesehen, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen nur manche der Führungsleisten 33 mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Mittels der Führungsleisten 33 ist das Werkzeug 1 insbesondere eingerichtet zur Fertigbearbeitung des Werkstücks.
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Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 1 weist insbesondere eine erste Spandurchtrittsaussparung 17.1 und eine zweite Spandurchtrittsaussparung 17.2 auf, die insbesondere in folgender Weise voneinander verschieden ausgestaltet sind: Während die erste Spandurchtrittsaussparung 17.1 entlang einer geschlossenen Aussparungs-Umfangslinie geschlossen ausgebildet ist, ist die zweite Spandurchtrittsaussparung 17.2 stirnseitig offen ausgebildet. Es ist aber möglich, dass an der Stirnseite 11 auch bei dieser Ausgestaltung des Werkzeugs 1 ein Schneidenring angeordnet wird, der dann auch die zweite Spandurchtrittsaussparung 17.2 schließt.
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Es ist möglich, dass auch das in 1 dargestellte, erste Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 1 in einer Abwandlung mindestens eine Zusatzaussparung 31 aufweist.
