DE1920367B2 - Werkzeug zur spangebenden Bearbei tung der planen Stirnflache eines Werk Stuckes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spangebenden Bearbeitung der planen Stirnfläche eines koaxial zum Werkzeug angeordneten und relativ zu diesem um die gemeinsame und senkrecht zu dieser Stirnfläche verlaufenden Achse drehbaren und entlang dieser Achse verschiebbaren Werkstückes, bestehend aus einem Werkzeughalter mit eingesetzten Schneidelementen.

Es sind Planfräser zum Herstellen ebener Flächen in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So zeigt z. B. die schweizerische Patentschrift 90 997 einen solchen Planfräser, bei dem in eine ebene Fläche der Fräserscheibe eine oder mehrere spiralförmige Nuten und quer dazu radiale Nuten eingeschnitten sind, so daß die Scheibe eine große Anzahl von einzelnen Zähnen aufweist. Derartige Planfräser können nur mit sehr geringer Geschwindigkeit angetrieben werden. Einen weiteren Planfräser zeigt auch die österreichische Patentschrift 482 090, bei dem ein Werkzeughalter vorgesehen ist, in dem ein Schneidelement in Form einer langgestreckten, radial oder entlang eines Durchmessers verlaufenden Schneide eingesetzt ist. Der Werkzeughalter kann um die gemeinsame und senkrecht zu der Stirnfläche des Werkstückes verlaufende Achse gedreht und mit dem eingesetzten Schneidelement entlang dieser Achse ge-

gen die Stirnfläche des Werkstückes verschoben werden. Um mit einer solchen langgestreckten Frässchneide arbeiten zu können, ist in dem bekannten Fall vorgesehen, die zu bearbeitende Stirnfläche mit entsprechenden konzentrisch verlaufenden Rippen oder Wellungen zu versehen, beispielsweise beim Gießen des Werkstückes.

Ein anderes ähnliches Werkzeug ist aus der österreichischen Patentschrift 91 805 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Feil- oder Raspelscheibe mit einem Werkzeughalter und einem kontinuierlichen spiralförmig ausgewickelten Stahlband als Werkzeug, das entlang seiner nach außen freiliegenden Kante Sägezähne oder Feilhiebe aufweist, welche die ebene scheibenförmige Angriffsfläche des Werkzeuges bildet. Auch hierbei kann zur Bearbeitung einer planen Stirnfläche der Halter um seine Achse rotiert und entlang seiner Achse gegen die zu bearbeitende Oberfläche vorgeschoben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß eine plane Bearbeitung von senkrecht zu einer gemeinsamen Drehachse vou Werkzeug und Werkstück verlaufenden Stirnfläche des Werkstückes lediglich durch relative Drehbewegung und axiale Annäherungsbewegung der Teile ermöglicht wird, und zwar bei minimaler Lagerbelastung und großer Lebensdauer des Werkzeuges und hoher Bearbeitungsleistung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in den Werkzeughalter eingesetzten Schneidelemente in Richtung der Drehachse bis zu einer gemeinsamen Ebene vorspringen und über eine der zu bearbeitenden Stirnflächen des Werkstückes entsprechend ausgedehnte Fläche des Werkzeughalters sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung verteilt sind und daß jedes Schneidelement von jedem anderen Schneidelement um einen anderen Winkelabstand in Umfangsrichtung und um ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Bruchteils der radialen Ausdehnung der Fläche in radialer Richtung entfernt so angeordnet ist, daß sich die Schnitte der Schneidelemente überlappen. Schutz wird nur für die Gesamtkombination dieser Merkmale begehrt.

Bei Werkzeugen, welche bei planen Flächen über diese Fläche linear bewegt oder bei umlaufenden Flächen vom Umfang her an diesen Flächen zum Angreifen gebracht werden, ist es bekannt, mit Hilfe eines gemeinsamen Werkzeughalters einen Satz von gestaffelt angeordneten Schneidelementen vorzusehen, die gemeinsam an der zu bearbeitenden Oberfläche angreifen. So zeigt die schweizerische Patentschrift 136 440 eine Vorrichtung zum Abdrehen von Werkstücken. Die Schneidelemente sind jeweils in Gruppen so angeordnet, daß sie gruppenweise Breitmesser bilden, welche gemeinsam eine radiale Vorschubbewegung ausführen. Bei der deutschen Patentschrift 913 609 sind mehrere hintereinander arbeitende, in einem Gehäuse angeordnete und einzeln in Längsrichtung auf die Schnittiefe einstellbare Meißel vorgesehen, die gleichzeitig und gleichmäßig auf die jeweils erforderliche Spanbreite stufenlos einstellbar sind. Dieses Werkzeug kann für die Bearbeitung von planen Flächen nach Art eines Hobelwerkzeuges oder von umlaufenden Flächen nach Art eines Drehwerkzeuges eingesetzt werden.

Schließlich ist es aus der USA.-Patentschrift 1 949 515 bekannt, auf dem Umfang eines rotieren-

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den Werkstückes ein Muster von spiralförmig neben- arbeitet werden soll, und der außerdem auf Um-

einanderliegenden Nuten durch sich gegenüberlie- fangsflächen abgedreht oder oberflächenbearbeitet

gende und während der Drehbewegung des Werk- und/oder mit inneren Entlastungsschnitten oder i>u-

stückes entlang einer Mantellinie geführte Schneid- ten versehen werden soll. Der Werkzeugkopf 10

elemente zu erzeugen. Die dabei entstehenden Riefen s kann drehbar und axial verschiebbar von Mitteln, die

sollen anschließend abgeschliften werden. Die Werk- nicht Gegenstand der Erfindung sind, unterstützt

zeuge sind dabei gruppenweise in einem gemeinsa- werden. Diese weisen vorzugsweise eine entspre-

men Halter einsetzbare Schneiden, deren Angriffs- chende Verbindung mit dem Haltekopf auf, wie dies

ende in Schnittrichtung halbkreisförmig ausgebildet in gestrichelten Linien in F i g. 2 angedeutet ist. Diese

ist. ίο Antriebsmittel sind mit der Bezugsziffer 12 bezeich-

Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Werk- net und gestatten ein Abnehmen des Werkzeughalzeug zur spangebenden Bearbeitung der planen Stirn- ters von der Antriebsvorrichtung, um eine neue Einfläche eines Werkstückes, bei der die gesamte Stirn- stellung vorzunehmen oder die Schneidelemente ausfläche durch das gegenüber dieser um eine gemein- zutauschen. Alternativ dazu kann selbstverständlich same Achse rotierende und senkrecht zu dieser Stirn- 15 auch der Werkzeughalter 10 stationär angeordnet fläche relativ bewegbare Werkzeug bearbeitet werden sein und ein Werkstück W drehbar und/oder axial soll. Durch die besondere Anordnung und Verteilung verschiebbar unterstützt werden. Wesentlich für die der Schneidelemente über die ganze Ausdehnung der Erfindung ist lediglich, daß Werkstück und Werkzu bearbeitenden Fläche wird bei jeder Umdrehung zeughalter vorzugsweise in Drehrichtung relativ des Werkzeuges die Werkstückfläche insgesamt bear- 20 zueinander bewegt und gleichzeitig bis zu der gebeitet. Dabei ist jedes Schneidelement von jedem an- wünschten axialen Tiefe kolbenartig gegeneinander deren Schneidelement sowohl in Umfangsrichtung als bewegt werden, um die Oberflächenbearbeitung in auch in radialer Richtung in der näher angegebenen der nach der Erfindung gewünschten Weise zu erzie-Weise versetzt angeordnet, wobei sich die einzelnen len.

spanabhebenden Bahnen überlappen. Auf Grund -z Der Werkzeughalter 10 ist, wie dies Fig. 2 zeigt, dieser Ausbildung wird eine sehr rasche, zuverlässige mit einer Vielzahl von Sitzen oder Halterungen 14 Grobbearbeitung der Stirnfläche erzielt und gleich- versehen, in welche die Oberflächenbearbeitungszeitig gewährleistet, daß alle dabei auftretenden Schneideelemente 20 leicht austauschbar oder ent-Kräfte gegeneinander ausgewogen sind, so daß prak- fernbar aufgenommen und durch übliche Mittel festtisch keine radiale Lagerbelastung auftritt, während 30 gelegt sind. Die Anordnung der Vielzahl von andererseits gewährleistet wird, daß alle Schneidele- Schneidelementen erfolgt in der weiter unten zu bemente ebenso wie der Werkzeughalter insgesamt schreibenden erfindungsgemäßen Weise,
über die ganze Ausdehnung der zu bearbeitenden In ähnlicher Weise kann der Halter 10 auch noch Fläche gleichmäßig belastet werden, so daß eine axial erstreckende vordere Ansätze 15 aufweisen, in hohe Standdauer der Schneidelemente erzielt wird. 35 denen ebenfalls austauschbar Wolframkarbideinsätze

Die hohe Standdauer der Schneidelemente läßt 16 für eine äußere Abdrehung am Umfang des

sich noch weiter steigern, wenn man jedes Schneid- Werkstückes W montiert sind, wobei die Bearbeitung

element mit einer kreisförmigen Schneidkante ausbil- in dem gezeigten Beispiel entlang der Umfangsrip-

det, so daß durch Drehen des Schneidelementes um pe L erfolgt.

seine Achse in der Halterung nacheinander verschie- 40 Auch kann das Kopfstück 10 eine Anzahl von äu-

dene Abschnitte der kreisförmigen Schneide zum ßeren Werkstücken 17 aufweisen, die gleichzeitig

Angreifen an dem Werkstück gebracht werden kön- während der Oberflächenbearbeitung an dem Werk-

nen. stück angreifen, um die erforderliche Kantenabschrä-

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schema- gung zu erzielen. Gleichzeitig können eine Anzahl

tischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel 45 von Schneidelementen 19 montiert sein, welche dazu

näher erlä utert. dienen, um innere Entlastungsnuten zu erzeugen.

F i g. 1 zeigt schematisch in axialer Stirnansicht, Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen,

und zwar in Richtung von links gemäß F i g. 2, das daß das Vorhandensein und die Anordnung, z. B. der

Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung und deutet äußeren Schneideinsätze 16, der äußeren Kanten-

die Anordnung der Oberflächenschneidelemente in 50 brechschneider 17 und der inneren zum Schneiden

einem Werkzeughalter an; von Entlastungsnuten dienenden Schneidelemente 19

F i g. 2 ist ein axialer Schnitt durch ein Werkzeug lediglich von untergeordneter Bedeutung sind und

gemäß Fig. 1, wobei der Schnitt entlang der Schnitt- für die Verwirklichung der Erfindung nicht notwen-

linie 2-2 nach F i g. 1 geführt ist, während dig sind.

F i g. 3 schematisch in erheblich vergrößertem 55 Zur Vervollständigung des Verständnisses eines

Maßstab die Arbeitsweise eines der mehrfachen typischen kolbenförmig bewegbaren Oberflächenbe-

Schneidelemente des neuen Werkzeugs während des arbeitungswerkzeuges gemäß der Erfindung sei dar-

Arbeitsvorganges veranschaulicht. auf hingewisen, daß die aus Wolframkarbid beste-

Wie am besten aus F i g. 2 hervorgeht, umfaßt das henden äußeren Abdrehschneidelemente 16, ähnlich

Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung eine Vielzahl 60 wie die eingesetzten Schneidelemente 20, vorzugs-

von Schneidelementen, welche entfernbar und leicht weise kreisförmige Gestalt aufweisen und eine posi-

auswechselbar auf einem relativ massiven, drehbaren tive Umfangsschräge besitzen. Sie können entfernbar

Halter oder Kopf 10 angeordnet sind, welcher Halter und austauschbar in den Halteansätzen 15 durch ge-

mit seiner Stirnfläche kolbenartig einem Werk- eignete bekannte Mittel festgelegt sein. In einem ty-

stück W gegenübersteht. Zum Zwecke der Veran- 65 pischen Anwendungsfall können zehn solcher

schaulichung kann das Werkstück W als der Rotor Schneidelemente in gleichen Umfangsabständen, in

einer Bremsscheibe angenommen sein, der eine ring- gleichen axialen Abständen angeordnet sein. Sie sind

förmige Schulterfläche S aufweist, die oberflächenbe- in bezug auf das Werkstück W in radialer Richtung

so angeordnet, daß sie bei der relativen axialen Bewegung von Werkzeughalter 10 und Werkstück W einen einzigen Abdrehschnitt über die UmfangsrippeL des Werkstückes ausführen.

Im Gegensatz dazu sind die zur Abschrägung dienenden Schneidelemente 17 nicht kreisförmig ausgebildet. Es können hiervon fünf in gleichen Umfangsabständen und in Umfangsrichtung in Fluchtung vorgesehen sein, die starr, jedoch entfernbar, an dem Halter 10 angeordnet sind. Sie dienen dazu, um eine Umfangskante des Werkstücks W nach innen abzuschrägen. Von den zur Erzeugung der Entlastungsnuten dienenden Schneidelementen 19 können bei einem typischen Fall sechs Elemente vorgesehen sein, die ebenfalls in gleichen Abständen angeordnet sind. Sie erzeugen eine kreisförmige Entlastungsnut des Bremsscheibenrotors, der hier als Werkstück angenommen ist, wobei die Note in einer Zone erzeugt wird, weiche die innere Umfangsbegrenzung der zu bearbeitenden Stirnfläche S bildet.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, sind in dieser einige wenige Wolframkarbidabdrehschneidelemente 16 angedeutet, die in gleichen Umfangsabständen von etwa je 30° voneinander angeordnet und im gleichen radialen Abstand von der Achse des Halters 10 vorgesehen sind. Die zur Erzeugung von Entlastungsnuten dienenden Klingen oder Schneidelemente 19 und die zur Ausbildung einer Abschrägung dienenden Klingen 17 sind jeweils nur durch ein Schneidelement in gestrichelten Linien in F i g. 1 angedeutet.

Ein in typischer Weise nach der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgebildetes Schneidwerkzeug weist insgesamt dreißig zur Oberflächenbearbeitung dienende Einsätze 20 auf. Diese sind in gleichen Abständen von jeweils 12° voneinander in Umfangsrichtung angeordnet. Die Winkel sind in F i g. 1 durch strichpunktierte Linien angedeutet, die vom axialen Zentrum des Halters 10 ausgehen. Der Durchmesser der Schneidelemente beträgt vorzugsweise etwa 18 bis 20 mm. Die Einsätze bestehen aus Wolframkarbid und besitzen eine positive Schrägung um den jeweiligen Umfang, wie dies aus Fig. 1 erkennbar ist.

Weiterhin sind die Schneidelemente 20 gemäß der Erfindung in radialer Richtung geringfügig voneinander in Abständen angeordnet oder gegeneinander versetzt, und zwar vorzugsweise in Abständen von etwa 1,6 mm. Diese Aussage bedeutet nicht, daß die Schneidelemente 20, die jeweils in Abständen von 12^C voneinander folgen, notwendigerweise in radialer Richtung jeweils voneinander einen Abstand von 1,6 mm aufweisen. Es bedeutet vielmehr, daß irgendein Einsatz 20 jeweils von allen anderen Einsätzen in einem Abstand vom Einfachen oder Mehrfachen dieses Wertes angeordnet ist

Der gewünschte Schneideffekt ist schematisch in Fig. 3 im vergrößerten Maßstäbe wiedergegeben. Daraus geht hervor, daß bei der relativen Drehbewegung und bei dem gleichzeitigen axialen Vorschub von Werkzeughalter 10 und Werkstück W die Gesamtheit der Schneideelemente 20 eine Vielzahl von Oberflächenschnitten erzeugt, beim angenommenen Beispiel von dreißig Oberflächenschnitten, welche einander geringfügig in radialer Richtung überlappen. In einem typischen Fall kann die volle Tiefe der Schnitte, welche durch die Schneidelemente in der Oberfläche S der Bremsscheibe erzeugt werden, etwa 0,04 mm betragen. Diese Tiefe ist in F i g. 3 mit dem

ίο Buchstaben d angedeutet. Das Ergebnis ist, daß die Oberfläche S nach der Bearbeitung eine roh bearbeitete Oberfläche darstellt, bei der die einzelnen Schnitte jeweils durch kleine kreisförmige Rippen r voneinander getrennt sind. Danach ist das Werkstück W bereit, für eine nachfolgende Endbearbeitung, die in üblicher Weise erfolgen kann, wobei angenommen wird, daß eine ebenere oder glattere Oberfläche als sie durch die beschriebene Bearbeitung erzielt wird, gewünscht wird.

ao Wie in F i g. 1 angedeutet ist, kann die in Umfangsrichtung fortschreitende Anordnung von nicht notwendiger Weise in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden Schneidelementen einer kontinuierlichen Spirale P folgen, von der einzelne Abas schnitte in F i g. 1 angedeutet sind. Die Anordnung der Schneidelemente 20 kann aber auch völlig unregelmäßig erfolgen, solange sichergestellt ist, daß sich eine geringfügige radiale Überlappung der einzelnen Schnitte aller Einsätze 20 ergibt.

Wie oben schon angedeutet wurde, hat die Verwendung einer Vielzahl von kreisförmigen Oberflächenbearbeitungseinsätzen die Wirkung, daß die radiale Belastung der Welle oder dergleichen Lagerelemente außerordentlich klein wird. Dies beruht auf der Tatsache, daß beim Einschneiden der Schneidelemente 20 in das Werkstück die Schneidelemente 20 in radialer Richtung bis zu einem beachtlichen Ausmaß durch das Werkstück selber unterstützt werden, wenn das Metall entfernt wird. Selbstverständ-Hch können die Schneidelemente an dem Halter 10 entweder für Linksdrehung als auch für Rechtsdrehung montiert sein.

Die Lebensdauer des Werkzeugs wird außerdem um ein Vielfaches, beispielsweise um das Fünfzehnbis Zwanzigfache gegenüber den üblichen Schneidköpfen, erhöht. Dies beruht darauf, daß auf Grund der Verwendung einer Vielzahl von Schneideinsätzen 20 diese nur örtlich begrenzt einer Schneidabnutzung unterworfen sind. Außerdem können die Einsätze jeweils gelockert um ihre Achse um einen Schritt weitergedreht und erneut festgelegt werden, was in der Regel achtmal erfolgen kann, bevor die Schneidelemente ausgetauscht werden müssen.

Die bevorzugte Anordnung des Haltekopfes 20 zur Betätigung bei einer hydraulisch betätigbaren Schubstange od. dgl. gestattet einen schnellen Wechsel von einem Kopf zum anderen, wobei bei dem ausgewechselten Kopf die einzelnen Schneidelemente 20 in der Ruhepause neu arrangiert werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Werkzeug zur spangebenden Bearbeitung der planen Stirnfläche eines koaxial zum Werkzeug angeordneten und relativ zu diesem um die gemeinsame und senkrecht zu dieser Stirnfläche verlaufenden Achse drehbaren und entlang dieser Achse verschiebbaren Werkstücks, bestehend aus einem Werkzeughalter mit eingesetzten Schneidelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Werkzeughalter (10) eingesetzten Schneidelemente (20), die in Richtung der Drehachse bis zu einer gemeinsamen Ebene (S) vorspringen, über eine der zu bearbeitenden Stirnfläche des Werkstücks (W) entsprechend ausgedehnte Fläche des Werkzeughalters sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung verteilt sind, und daß jedes Schneidelement (20) von jedem anderen Schneidelement um einen anderen Winkelabstand in Umfangsrichtung und um ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Bruchteils der radialen Ausdehnung der Fläche in radialer Richtung entfernt so angeordnet ist, daß sich die Schnitte der Schneidelemente überlappen.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schneidelement (20) eine kreisförmige Schneidkante aufweist.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmigen Schneidelemente (20) am Werkzeughalter um ihre Achse verstellbar und auswechselbar angeordnet sind.

4. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schneidelement (20) von jedem anderen Schneidelement um ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Winkelabstandes in Umfangsrichtung entfernt ist.