Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Werkzeug
der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass auch
bei hohen Drehzahlen eine exakte radiale Positionierung der Wirkzone
möglich
ist.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
Der
erfindungsgemäßen Lösung liegt
der Gedanke zugrunde, dass durch am Werkzeug gezielt eingesetzte
Massen die als nachteilig angesehenen Werkzeugverformungen, die
zu einer Verschiebung der Wirkzone führen, rückgängig gemacht werden können. Hierzu
dient die erfindungsgemäße Biegezone,
die hier durch eine Materialverdünnung
gegenüber
der Umgebung gebildet wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass
der Kompensationsausleger durch einen von der anderen Stirnseite
des Grundkörpers
aus bis zur Biegezone reichenden randoffenen Schlitz oder Einschnitt
von der Zentralpartie getrennt ist. Die Kragpartie und der Kompensationsausleger
bilden in diesem Fall einen exzentrisch und im wesentlichen achsparallel
ausgerichteten, über die
Biegezone an der Zentralpartie angelenkten zweiarmigen He bel, der
bei rotierendem Werkzeug zu einem passiven Fliehkraftausgleich führt. Durch eine
Variation der Masse des Kompensationsauslegers kann dabei die im
Ruhezustand auf einem auf die Rotationsachse bezogenen Ruheradius
befindliche Wirkzone im rotierenden Betriebszustand auf einen vorgegebenen,
mit dem Ruheradius übereinstimmenden
oder von diesem abweichenden größeren oder
kleineren Arbeitsradius einjustiert werden.
Um
die beim Biegevorgang auftretenden Spannungen zu reduzieren, kann
der Schlitz an seinem der Biegezone zugewandten Ende durch eine teilzylindrische
Rundung begrenzt werden.
Vorteilhafterweise
erstreckt sich die Kragpartie über
einen Umfangsabschnitt der Zentralpartie. Je nach Anwendungsfall
können
auch mindestens zwei vorzugsweise in gleichen Winkelabständen um
die Rotationsachse voneinander angeordnete Kragpartien vorgesehen
sein, von denen zumindest eine eine aktive Wirkzone und einen Kompensationsausleger aufweist.
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Zentralpartie über die gesamte
Mitte des Grundkörpers,
so dass die Rotationsachse die Zentralpartie achszentral durchdringt. An
der Zentralpartie oder an einem mit dieser starr verbundenen Werkzeugteil
kann dabei ein achszentral überstehender
Spannschaft zur Verbindung mit einer rotierenden Maschinenspindel
angeordnet sein.
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wirkzone
mit mindestens einer Schneidplatte vorzugsweise für die Außenzerspanung
bestückt
ist. Zweckmäßig ist
die Schneidplatte mit ihrer Überdrehschneide
dabei so angeordnet, dass die resultierende Schnittkraft im Wesentlichen
senkrecht zur Biegerichtung der Kragpartie ausgerichtet ist. Die
Schnittkraft wirkt sich daher nicht nachteilig auf die radiale Schneidenpositionierung aus.
Eine
weitere Anwendungsmöglichkeit
des erfindungsgemäßen passiven
Fliehkraftausgleichs besteht darin, dass die Kragpartie als unter
der Einwirkung der Fliehkraft mit ihrer Wirkzone radial von außen her
gegen ein Werkzeugteil andrückender
Gegenhalter ausgebildet ist. Diese Anwendungsmöglichkeit ist beispielsweise
bei einem Plandrehkopf von Vorteil, bei welchem der Grundkörper als
ringförmige,
einen runden, ovalen oder eckigen Umriß aufweisende Deckplatte ausgebildet
ist, die mit der Wirkzone ihrer Kragpartie einem Aufspreizen der
werkzeugfesten Führungsschiene
für einen
Planschieber als Gegenhalter entgegenwirkt und das Führungsspiel
ausgleicht.
Eine
weitere Anwendungsmöglichkeit
sieht vor, dass die Kragpartie des Grundkörpers mit ihrer Wirkzone einen Teil
eines unter der Einwirkung der Fliehkraft radial schließenden,
vorzugsweise als Spannzange ausgebildeten Spannmittels bildet.
Gemäß einer
bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist anstelle
des Kompensationsauslegers ein Umfassungsring vorgesehen, der die
Kragpartien in axialem Abstand von deren Wurzeln umgreift. Beim
Stand der Technik nach der WO97/23322 ist an dieser Stelle ein Band
mit hoher Zugfestigkeit vorgesehen, der die betreffende Scheibe
an ihrem Umfang umfasst. Erfindungsgemäß weist der Umfangsring in
Umfangsrichtung eine variable Massenverteilung auf, so dass er bei
rotierendem Werkzeug unter Einwirkung der Fliehkraft elastisch verformbar
ist und dabei radial von außen
gegen die Kragpartien drückt.
Um dies zu erreichen, liegen zwei einander diametral gegenüberliegende
Anlagesektoren des Umfangsrings gegen die einander abgewandten Außenflächen der
Kragpartien an, während
die sich in Umfangsrichtung zwischen den Anlagesektoren erstreckenden
Freisektoren gegenüber
den Anlagesektoren eine größere Masse und/oder
einen größeren Außendurchmesser
aufweisen. Die Fliehkraft wirkt sich daher stärker im Bereich der Freisektoren
aus, so dass bei rotierendem Werkzeug die Freisektoren aufgespreizt
und die Anlagesektoren durch Querkontraktion radial nach innen gegen
die Kragpartien gedrückt
werden.
Im
folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer
Weise dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen
1a bis
d verschiedene Ansichten eines mit Überdrehschneiden versehenen
Außenbearbeitungswerkzeugs
mit passivem Fliehkraftausgleich;
2 einen
Schnitt durch einen Plandrehkopf mit Fliehkraftkompensation;
3a bis
d eine Bildfolge mit schematischen Darstellungen zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Fliehkraftausgleichs
bei Verwendung einer starren Zentralpartie;
4a und
b eine Bildfolge zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Fliehkraftausgleichs
bei biegeweicher und dehnbarer Zentralpartie;
5a und
b eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Außenbearbeitungswerkzeugs
mit Umfassungsring für
den Fliehkraftausgleich.
Der
in 1a bis d gezeigte Werkzeugkopf ist für den Einsatz
in schnell drehenden Werkzeugmaschinen bestimmt und wird vor allem
für das Überdrehen
von Werkstücken
im Zuge der Feinbearbeitung eingesetzt. Das Werkzeug weist zu diesem Zweck
einen Grundkörper 10 mit
einem achszentral überstehenden
Spannschaft 12 für
den Einsatz in eine Maschinenspindel auf. Der Grundkörper weist eine
bezüglich
der Rotationsachse 11 radial innere Zentralpartie 14 und
zwei diametral einander gegenüberliegende,
mit ihrer Wurzel 16 an die Zentralpartie nach außen hin
anschließende
und über
deren eine Stirnseite 18 im wesentlichen axial überstehende Kragpartien 20 auf.
In axialem Abstand von der Wurzel 16 befindet sich an der
Kragpartie 20 eine Wirkzone 22, die bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel mit
einer Schneidplatte 24 für die Außenbearbeitung eines Werkstücks bestückt ist.
Die Kragpartie 20 ist an ihrer Wurzel 16 über eine
Biegezone 26 mit der Zentralpartie verbunden und trägt einen
zur rückwärtigen Stirnseite 28 hin überstehenden
Kompensationsausleger 30. Der Kompensationsausleger 30 ist durch
einen von der rückwärtigen Stirnseite 28 aus
in Richtung Biegezone 26 weisenden geraden Einschnitt oder
Schlitz 32 von der Zentralpartie getrennt, wobei der Schlitz 32 an
seinem der Biegezone 26 zugewandten Ende durch eine teilzylindrische
Rundung 34 begrenzt ist. Wie insbesondere aus 1a zu
ersehen ist, bildet die Kragpartie 20 und der Kompensationsausleger 30 einen
exzentrisch und im wesentlichen achsparallel ausgerichteten, über die
Biegezone 26 an der Zentralpartie 14 angelenkten
zweiarmigen Hebel, der je nach Masseverteilung im Bereich der Kragpartie 20 und
des Kompensationsauslegers 30 durch die bei rotierendem
Werkzeug angreifenden Fliehkräfte
um die durch die Biegezone 26 definierte Achse gedreht
wird. Auf diese Weise kann die im Ruhezustand auf einem auf die
Rotationsachse bezogenen Ruheradius befindliche Wirkzone im rotierenden Betriebszustand
durch Variation der Masse des Kompensationsauslegers auf einen vorgegebenen,
mit dem Ruheradius übereinstimmenden
oder von diesem abweichenden größeren oder
kleineren Arbeitsradius einjustiert werden.
Dies
läßt sich
anhand der in 3a bis d und 4a und
b gezeigten Prinzipskizzen veranschaulichen:
In diesen Figuren
sind symbolisch die Hälfte
eines um die Rotationsachse 11 rotierenden Werkzeugs dargestellt,
dessen Grundkörper 10 eine
steife (3a bis d) oder biegeweiche (4a und
b) Zentralpartie 14, eine über eine Biegezone 26 mit
ihrer Wurzel 16 radial an die Zentralpartie 14 anschließende und
im wesentlichen axial über
deren eine Stirnseite 18 überstehende Kragpartie 20 aufweist,
die ihrerseits eine in axialem Abstand von der Wurzel 16 angeordnete
Wirkzone 22 aufweist.
Bei
dem in 3a gezeigten Fall ist keine Fliehkraftkompensation
vorgesehen. Dies bedeutet, daß die
Kragpartie 20 von ihrem gestrichelt gezeichneten Ruhezustand
aus bei drehendem Werkzeug unter der Einwirkung der Fliehkraft radial
in der gezeigten Weise unter Durchmesservergrößerung ausgebogen wird. Die
in der Praxis vorkommenden Auslenkungen in der Größenordnung
einiger hundertstel Millimeter sind für die Feinbearbeitung nicht
tolerierbar. Wie aus 3b bis d zu ersehen ist, kann
durch den Kompensationsausleger 30 die Auslenkung der Kragpartie 20 im
Bereich ihrer Wirkzone 22 teilweise (3b),
vollständig
(3c) oder über-kompensiert
(3d) werden. Zu diesem Zweck ist der Kompensationsausleger 30 an
der Wurzel 16 der Kragpartie 20 angeformt und
gemeinsam mit der Kragpartie über
die Biegezone 26 mit der Zentralpartie verbunden.
Wie
aus 4a und b zu ersehen ist, kann auch bei einer in
gewissen Grenzen biegeweichen Zentralpartie 14 zumindest
eine Teilkompensation der durch die Fliehkraft erzeugten Auslenkung
der Wirkzone 22 erzielt werden. Der Grad der Kompensation
wird durch die Massen verteilung in der Kragpartie und im Kompensationsausleger 30 eingestellt. Aus 4b ist
außerdem
zu ersehen, daß durch
die Fliehkraft auch eine gewisse Dehnung im Bereich der Zentralpartie 14 entsteht,
die über
den Kompensationsausleger zumindest teilweise kompensiert werden
kann.
Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um einen Plandrehkopf bestehend aus einem Gehäuse 40, das zwei stirnseitig
offene Schieberkammern 42 zur Aufnahme je eines Planschiebers 44 aufweist,
die über
eine maschinenseitig betätigbare
Zugstange 46 senkrecht zur Zeichenebene nach entgegengesetzten
Seiten in den Schieberkammern 42 verschiebbar sind. Die
an den Planschiebern 44 nach außen überstehenden Kupplungszapfen 48 sind
zur Befestigung je eines nicht dargestellten Schneidenträgers bestimmt.
Das Gehäuse 40 und
ein Teil der Schieberkammer sind stirnseitig von einer Deckplatte 50 übergriffen,
die als Grundkörper
im Sinne der vorstehenden Ausführungen
fungiert. Die Deckplatte 50 besteht aus einer Zentralpartie 52 und
einer an diese über
eine Biegezone 54 mit ihrer Wurzel 56 radial anschließende und über die
Stirnfläche 58 axial überstehende
Kragpartie 60. An der Kragpartie 60 befindet sich
eine radial nach innen weisende Wirkzone 62, die gegen
eine Stufe 64 der Gehäusewand
radial anliegt.
Die
Kragpartie 60 ist ferner an ihrer Wurzel 56 mit
einem axial nach außen
weisenden Kompensationsausleger 66 starr verbunden, der
durch einen Schlitz 68 von der Zentralpartie 52 getrennt
ist. Bei rotierendem Werkzeug wirkt unter der Einwirkung der Fliehkraft 70 über den
Kompensationsausleger 66 und die Biegezone 54 auf
die Kragpartie 60 eine radial nach innen weisende Kompensationskraft 72,
die über
die Wirkzone 62 im Bereich der Stufe 64 auf die Gehäusewand übertragen
wird. Dadurch wird verhindert, daß sich das Gehäuse im Bereich
der Schieberkammer 42 unter Vergrößerung des radialen Planschieberspiels
aufweitet.
Der
in 5a und b gezeigte Werkzeugkopf ist wie der Werkzeugkopf
nach 1a bis d für
den Einsatz in schnell drehenden Werkzeugmaschinen bestimmt und
wird dort vor allem für
das Überdrehen von
Werkstücken
im Zuge der Feinbearbeitung eingesetzt. Das Werkzeug weist zu diesem
Zweck einen Grundkörper 10 mit
einem achszentral überstehenden
Spannschaft 12 für
den Einsatz in eine Maschinenspindel auf. Der Grundkörper weist
eine bezüglich
der Rotationsachse 11 radial innere Zentralpartie 14 und
zwei diametral einander gegenüberliegende, mit
ihrer Wurzel 16 an die Zentralpartie nach außen hin
anschließende
und über
deren eine Stirnseite 18 im wesentlichen axial überstehende
Kragpartien 20 auf. In axialem Abstand von der Wurzel 16 befindet sich
je eine als Schneidplatte 24 ausgebildete Wirkzone 22 für die Außenbearbeitung
eines Werkstücks. Die
Kragpartien 20 sind an ihrer Wurzel 16 mit der Zentralpartie 14 verbunden
und neigen daher beim schnellen Drehen des Werkzeugs unter der Einwirkung
der Fliehkraft zum radialen Aufspreizen.
Um
dies zu verhindern, ist zusätzlich
ein Umfassungsring 80 vorgesehen, der die Kragpartien 20 in
axialem Abstand von deren Wurzeln 16 umgreift und der in
Umfangsrichtung eine variable Massenverteilung aufweist. Die Massenverteilung
ist dabei so gewählt,
daß der
Umfassungsring unter der Einwirkung der Fliehkraft elastisch verformt
wird und dabei die Kragpartien 20 radial nach innen drückt. Dies wird
dadurch erreicht, daß die
beiden einander diametral gegenüberliegenden
Anlagesektoren 82 des Umfassungsrings gegen die einander
abgewandten Außenflächen 84 der
Kragpartien 20 anliegen und daß die sich in Umfangsrichtung
zwischen den Anlagesektoren erstreckenden Freisektoren 86 gegenüber den
Anlagesektoren 82 eine größere Masse und einen größeren Außendurchmesser
aufweisen. Die zu einer Durchmesservergrößerung im Bereich der Freisektoren 86 führenden
Fliehkräfte 88 ergeben eine
Querkontraktion im Bereich der Anlagesektoren 82 in Richtung
der Pfeile 90, die einem Aufspreizen der Kragpartien 20 entgegenwirkt.
Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf ein rotierendes Werkzeug
mit einem Grundkörper 10,
der eine bezüglich
der Rotationsachse 11 radial innere Zentralpartie 14 und
mindestens eine mit ihrer Wurzel 16 radial an die Zentralpartie
nach außen
hin anschließende, über deren
eine Stirnseite 18 axial überstehende und mindestens
eine in axialem Abstand von der Wurzel 16 angeordnete Wirkzone 22 enthaltende Kragpartie 20 aufweist.
Um eine unzulässige
Verformung des Werkzeugs unter der Einwirkung der Fliehkraft zu
vermeiden, wird gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, daß die
Kragpartie 20 an ihrer Wurzel 16 über eine
Biegezone 26 mit der Zentralpartie 14 verbunden
ist und einen zur anderen Stirnseite 28 hin weisenden Kompensationsausleger 30 trägt.