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WO2006131170A1 - Werkzeug und verfahren zur bearbeitung eines werkstücks - Google Patents

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WO2006131170A1
WO2006131170A1 PCT/EP2006/003730 EP2006003730W WO2006131170A1 WO 2006131170 A1 WO2006131170 A1 WO 2006131170A1 EP 2006003730 W EP2006003730 W EP 2006003730W WO 2006131170 A1 WO2006131170 A1 WO 2006131170A1
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WO
WIPO (PCT)
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tool
machining
workpiece
grinding element
pressure plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2006/003730
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Kammermeier
Karen Anne CRAIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kennametal Inc
Original Assignee
Kennametal Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kennametal Inc filed Critical Kennametal Inc
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Priority to MX2007014006A priority patent/MX2007014006A/es
Priority to CN200680003401.6A priority patent/CN101111341B/zh
Priority to JP2008515064A priority patent/JP5129744B2/ja
Priority to GB0712044A priority patent/GB2435595B/en
Publication of WO2006131170A1 publication Critical patent/WO2006131170A1/de
Priority to US11/952,486 priority patent/US8171608B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a tool for machining a workpiece, in particular a milling tool which is rotatable about an axis, with a tool base body having at least one oriented to a processing surface cutting insert for roughing and a grinding element for fine machining of the workpiece.
  • the invention further relates to a method for machining a workpiece by means of such a tool.
  • Such a tool can be taken from US 4,993,891.
  • machining workpieces usually two different machining operations are required.
  • roughing in which high removal rates are sought.
  • diamond ceramic or tungsten carbide cutting edges are used.
  • fine machining or grinding is used, e.g. using a grinding wheel with sharp-edged diamond ICBN abrasive pads.
  • only slight removal rates are achieved in comparison to roughing.
  • a difference between the two machining operations is that they usually occur at different rotational speeds of the tools, whereby a much higher rotational speed is used for roughing. While roughing speeds of up to 1000 m / min are used for the machining of gray cast iron, the cutting speed during fine machining is only about 300 m / min. In a rotary tool with circumferentially arranged cutting inserts, the peripheral speed corresponds to the cutting speed.
  • Another difference is that when grinding usually a coolant for cooling is required, so a wet processing takes place. In contrast, when roughing a dry machining is necessary because the carbide or ceramic cutting edges have high thermal shock sensitivity.
  • 4,993,891 discloses a face milling cutter for milling and grinding a workpiece.
  • a large number of cutting inserts are mounted on the outer edge of the peripheral side of the cylindrical face milling cutter.
  • On the inside of the cutting inserts on the bottom are arranged on a circular row square abrasive elements with abrasive surface.
  • the abrasive elements have a small, positive, axial tilt angle and a small pitch angle such that the radially inner edge is slightly elevated from the grinding surface.
  • the abrasive elements have a radial tilt angle and thus are twisted so that they offer more grinding surface.
  • the cutting inserts engage and mill the workpiece, followed by the grinding elements that grind the workpiece.
  • the grinding elements are fixedly mounted on the tool and have the same cutting speed as the cutting inserts, which amounts to about 1000 m / min. At this cutting speed in the absence of coolant, very rapid bonding of the abrasive elements with material removed from the workpiece occurs, requiring them to be replaced much more frequently than the cutting inserts.
  • Object of the present invention is to provide a simple and inexpensive tool for roughing and finishing of a workpiece.
  • Another object of the invention is to provide a method for machining a surface of a workpiece by means of this tool.
  • a tool for machining a workpiece which is rotatable about an axis and which has a tool base body with at least one cutting surface oriented for a machining surface for rough machining and with a grinding element for fine machining of the workpiece.
  • the grinding element is adjustable relative to the base body from a retracted rest position to the processing surface in a processing position.
  • the grinding element which in particular is designed as a grinding wheel, is adjusted between two positions during operation. In its rest position, the grinding element is slightly retracted inwards and is spaced from the processing surface when the tool is used. In the case of a tool with several cutting inserts, for example a face milling cutter, this is defined by the plane spanned by the cutting inserts.
  • the machining surface coincides with the surface of the workpiece with which the cutting insert engages during operation. In this case, it is only the cutting insert of the tool that engages the surface of the workpiece and performs rough machining.
  • the abrasive element is pushed outwardly so that the abrasive element is positioned farther outwardly spaced from the cutting inserts and only the abrasive element is in engagement with the tool.
  • the working surface in this case, is defined by the plane of the grinding element.
  • a displaceable pressure plate is provided in the tool body, which is mechanically connected to the grinding element.
  • the pressure plate has an inner position and an outer position, which are correlated with the rest position and machining position of the grinding element.
  • the pressure plate is in its inner position.
  • a force is exerted on the pressure plate and transmitted via the mechanical connection to the grinding element, the here- is adjusted by the machining position.
  • this force no longer acts on the pressure plate, the pressure plate returns to its inner position and with it the grinding element in its rest position.
  • the pressure plate defines a pressure space for a fluid.
  • the fluid is, for example, a liquid or a gas mixture.
  • a fluid is supplied to this pressure chamber, which ensures that the pressure in the pressure chamber increases and, as a result, a displacement of the pressure plate from its inner position to its outer position, or a displacement causes the grinding element in the processing position.
  • the pressure plate remains in its outer position as long as the pressure in the pressure chamber is high. This means that the fluid is either kept in a closed pressure chamber or that in an open pressure chamber by a constant supply of the fluid, the pressure is kept stationary.
  • the adjustment of the grinding element is therefore carried out in a simple manner by hydraulic or pneumatic means.
  • the tool body has adefluidzu- line, which is connected via an opening with the pressure chamber. Since a cooling fluid is usually supplied to the tool for fine machining of the workpiece, the cooling function of cooling fluid is skilfully utilized by means of this embodiment by means of a printing function for switching from rough machining to fine machining. An additional control is not required, but rather moves the grinding element automatically when switching on the cooling fluid supply in the processing position.
  • the cooling fluid fills the pressure chamber and builds up a sufficiently high pressure which presses the pressure plate from its inner to its outer position and thereby displaces the grinding element into the processing position.
  • the necessary pressure is provided by the usual pressure of the cooling fluid, which is approximately in the range above 10.10 5 Pa.
  • the pressure chamber via cooling fluid channels in the direction of the processing surface is open.
  • the cooling fluid can be passed from the pressure chamber directly to the grinding element, where it cools the grinding element during operation.
  • a continuous addition and removal of the same amount of cooling fluid is provided in the pressure space to keep the grinding wheel safely in the processing position by the constant addition of cooling fluid.
  • a mechanical locking is provided.
  • an abutment is provided in the tool body, which restricts the displacement of the pressure plate to the processing surface.
  • This abutment is positioned so that when abutting the pressure plate on the abutment, the grinding element is exactly in the defined machining position for fine machining.
  • the abutment is formed of an inelastic hard material and can not bend or does not deviate under the pressure force of the pressure plate. The abutment reliably ensures repeated operation of the grinding element in the exact machining position.
  • the abutment is designed in the manner of a fastening ring.
  • the ring is fixedly attached to the tool body by means of a non-positive connection, in particular by means of a screw connection. This allows a simple installation of the abutment and formed by the ring-like training a secure, defined investment of the pressure plate.
  • the grinding element is held in the retracted rest position by means of a spring element.
  • the spring element is either a compression spring or a tension spring.
  • a compression spring is compressed when moving the pressure plate under the pressure generated by the cooling fluid and when relaxing it brings the pressure plate automatically in its initial position.
  • a tension spring their ends are pulled apart when moving the pressure plate and when they pull the pressure plate back into the rest position.
  • the spring element is preferably arranged between the abutment and the pressure plate.
  • this configuration allows a loose insertion of the compression spring, so that their ends are based only on two base surfaces.
  • the Abutment provides a stable base surface on which the one end of the spring element is supported. The other end is supported on the pressure plate which provides the second base surface.
  • the object directed to a method according to the invention is achieved by a method for machining a workpiece according to claim 10. Thereafter, in this method for fine machining of the workpiece, the grinding element is moved from a retracted rest position to a machining position in engagement with the workpiece.
  • the grinding element is moved by means of a pressure generated by a fluid in the tool body in the processing position.
  • the fluid is a cooling lubricant fluid used to cool and lubricate the abrasive element during the finishing process.
  • This coolant fluid is further used to generate a sufficiently high pressure in the tool body, with the help of which the grinding wheel is pressed into the processing position.
  • an aerosol is supplied as cooling fluid.
  • a cooling liquid is dispersed in a gas, in particular in air, the volume fraction of the liquid being kept very small. In this case, only very small amounts are supplied to a cooling liquid, so that a largely dry fine machining of the workpiece takes place.
  • FIG. 1 is an exploded view of a tool for roughing and finishing a workpiece
  • FIG. 2 shows a cross section through a tool according to FIG. 1 in working position for the rough machining of a workpiece with the grinding element in the rubbing position
  • Fig. 3 shows a cross section through a tool according to FIG. 1 in working position for the fine machining of a workpiece with the grinding element in the processing position.
  • Fig. 1 the components of a tool 1 for coarse and fine machining of a workpiece are shown individually.
  • the tool 1 forms a combined milling and grinding tool based on a conventional face milling cutter.
  • the tool 1 has a tool base 3, a pressure plate 5, a fastening ring 7 and a grinding element 9.
  • the different areas of the outer wall of the tool body 3 are cylindrical or conical and thus the tool is rotationally symmetric about an axis A.
  • the interior of the tool base body 3 is increased stepwise in the direction of a working surface 11 (see FIG. 2). On one of the steps, fixing holes 13 oriented for the machining surface 11 are introduced, which in particular have a thread.
  • a plurality of cutting inserts 15 are mounted for rough machining of the workpiece.
  • the processing surface 11 is for the Coarse machining defined by the plane defined by the cutting inserts 15 perpendicular to the axis A.
  • the pressure plate 5 has the machining surface 11 toward a cylindrical projection 17 s and is thus formed in the manner of a piston.
  • the pressure plate 5 has a collar 19 which has along its peripheral side a groove 21, in the assembled state, a sealing ring 23 is introduced.
  • the collar 19 also has on its side facing the mounting surface 11 four holes 25 a, 27 are introduced into the spring elements.
  • the projection 17 has in its center a central bore 29 which is surrounded by cooling fluid channels 31 and boreholes 33.
  • the mounting ring 7 is infected in the assembled state around the neck 17 around.
  • the mounting ring 7 has a diameter which is greater than the diameter of the collar 19 of the pressure plate 5 and in the region of its peripheral wall, it has i5 a plurality of bores 35, are guided by the respective screws 37 a.
  • the screws 37 go through the holes 35 and are then inserted into the mounting holes 13 and screwed there with the tool body 3.
  • the grinding element 9 has the shape of a hollow truncated cone, on whose base a slip ring 39 is mounted.
  • the attachment side 41 of the grinding element has a central bore 43 and holes 45.
  • screws 37 b are guided, which extend into the boreholes 33 of the projection 17 and are screwed there.
  • a central screw 47 is inserted, which is bolted to the pressure plate 5.
  • FIG. 2 shows a cross section through the tool 1 according to FIG. 1.
  • the grinding element 9 is in its retracted rest position, that is, the tool 1 is in its working position for rough machining of the workpiece.
  • the fastening ring 7 is fixed in the tool base body 3 by means of the screws 37 a.
  • the side facing away from the processing surface 11 side of the mounting ring 7 has holes 25b corresponding to the holes 25a of the pressure plate 5, in which the spring elements 27 are inserted.
  • the spring elements 27 are compression springs in this embodiment and their ends need not be attached, but they are based only on the mounting ring 7 and the pressure plate 5 from.
  • the mounting ring 7 is when using the tool 1 under the pressure plate 5, that is, the pressure plate 5 is held by the spring force of the spring elements 27 in its inner position.
  • a pressure chamber 49 is formed, which is connected via an opening 51 with a cooling fluid supply line 53. In this working position of the tool 1, the pressure in the pressure chamber 49 is not higher than the ambient pressure.
  • the tool base body 3 has on its peripheral side receptacles 55 for the separating inserts 15 according to FIG.
  • the pressure chamber 49 is filled via an opening 51 with cooling fluid.
  • the pressure plate 5 is acted upon by the cooling fluid under pressure of approximately at least 10 ⁇ 10 5 Pa, so that it is pressed into its outer position, as shown in FIG.
  • the spring elements 27 are stressed and pressed.
  • the pressure plate 5 can be moved so far axially until it rests on the mounting ring 7, which forms an abutment.
  • the grinding element 9, which is connected by means of the screws 37b with the projection 17 of the pressure plate 5 is pressed when moving the pressure plate 5 down to the working surface 11 and thus it reaches its processing position.
  • the pressure chamber 49 is fluidly connected via the cooling fluid channels 31 with the central bore 43 of the grinding element 9.
  • the diameter of the central bore 43 is greater than that of the central screw 47, so that the cooling fluid after flowing out of the cooling fluid channels 31 via the central screw 47 to the processing surface 11 and there cools the grinding element 9 when it is used.
  • the processing surface 11 is defined in the finishing by the plane in which the grinding element 9 is located.
  • the grinding element 9 is positioned somewhat axially further outward than the cutting inserts 15 when it is inserted relative to the tool base body 3, and thus the working surface 11 is also displaced outwards.
  • the alternating use is in particular when using a minimum Low-volume lubrication provided for the simultaneous execution of both coarse and fine machining.
  • the cutting inserts 15 and the grinding element 9 lie in a plane which coincides with the processing surface 11. Both in alternating and simultaneous operations, the speed of rotation during coarse and fine machining is the same.
  • the cooling fluid supply into the pressure chamber 49 is interrupted.
  • the spring force of the spring elements 27 pushes the pressure plate 5 upward until the pressure plate 5 is again in its inner position, ie the rest position of the grinding element 9 corresponds.

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Abstract

Das Werkzeug (1) ist um eine Achse A rotierbar und weist einen Werkzeuggrundkörper (3) mit zumindest einem zu einer Bearbeitungsfläche (11) orientierten Schneideinsatz (15) zur Grobbearbeitung sowie mit einem Schleifelement (9) zur Feinbearbeitung des Werkstücks, auf. Das Schleifelement (9) ist relativ zum Werkzeuggrundkörper (3) aus einer rückgezogenen Ruheposition zur Bearbeitungsfläche hin in eine Bearbeitungsposition verstellbar. Hierdurch ist mit einfachen konstruktiven Mitteln ein kombiniertes Fräs- und Schleifwerkzeug ausgebildet.

Description

Beschreibung
Werkzeug und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere ein Fräswerkzeug, das um eine Achse rotierbar ist, mit einem Werkzeuggrundkörper mit zumindest einem zu einer Bearbeitungsfläche orientierten Schneideinsatz zur Grobbearbeitung und einem Schleifelement zur Feinbearbeitung des Werkstücks. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels ei- nes solchen Werkzeugs.
Ein derartiges Werkzeug ist aus der US 4,993,891 zu entnehmen. Bei der Bearbeitung von Werkstücken sind meist zwei unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge erforderlich. Zuerst erfolgt eine Grobbearbeitung des Werkstücks, auch Schruppen genannt, bei der hohe Abtragsraten angestrebt werden. Zum Schruppen werden meistens Diamant- Keramik- oder Hartmetallschneiden verwendet. Nach der Grobbearbeitung weisen die bearbeiteten Bereiche eine rauhe Oberfläche auf, die in der Regel nachgearbeitet werden muss. Hierzu wird die Feinbearbeitung oder das Schleifen eingesetzt, z.B. mittels einer Schleifscheibe mit scharfkantigen Diamant-ICBN-Schleifbelägen. Hier werden im Ver- gleich zum Schruppen nur noch geringe Abtragsraten erreicht.
Ein Unterschied zwischen den zwei Bearbeitungsvorgängen ist, dass sie üblicherweise bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten der Werkzeuge erfolgen, wobei zum Schruppen eine viel höhere Drehgeschwindigkeit eingesetzt wird. Während bei der Be- arbeitung von Grauguss beim Schruppen Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 1000 m/min eingesetzt werden, liegt die Schnittgeschwindigkeit bei der Feinbearbeitung lediglich bei etwa 300 m/min. Bei einem rotierenden Werkzeug mit am Umfang angeordneten Schneideinsätzen entspricht die Umfangsgeschwindigkeit der Schnittgeschwindigkeit. Ein weiterer Unterschied ist, dass beim Schleifen üblicherweise ein Kühlmittel zur Kühlung erforderlich ist, also eine nasse Bearbeitung erfolgt. Im Gegensatz hierzu ist beim Schruppen eine trockene Bearbeitung notwendig, da die Hartmetall- oder Keramikschneiden keine hohe Temperaturwechselempfindlichkeit aufweisen. Es gibt bereits Versuche, beide Bearbeitungsvorgänge nur mittels eines Werkzeugs durchzuführen. Aus der eingangs genannten US 4,993,891 geht beispielsweise ein Planfräser zur Fräs- und Schleifbearbeitung eines Werkstücks hervor. Auf dem äußeren Rand der Umfangsseite des zylindrischen Planfräsers ist eine Vielzahl von Scheid- einsätzen montiert. Innenseitig von den Schneideinsätzen auf der Unterseite sind auf einer kreisförmigen Reihe quadratische Schleifelemente mit abrasiver Oberfläche angeordnet. Besonders wichtig bei diesem Planfräser ist die Orientierung der Schleifelemente, die die Spuren der Grobbearbeitung abtragen und die Oberfläche des Werkstücks glätten. Die Schleifelemente haben einen kleinen, positiven, axialen Neigungs- winkel und einen kleinen Steigungswinkel, so dass die radial innere Kante leicht von der Schleiffläche angehoben ist. Zudem haben die Schleifelemente einen radialen Neigungswinkel und sind somit derart verdreht, dass sie mehr Schleiffläche anbieten. Im Betrieb sind zuerst die Schneideinsätze im Eingriff mit dem Werkstück und fräsen es, gefolgt von den Schleifelementen, die das Werkstück schleifen. In dieser Ausgestaltung sind die Schleifelemente fest am Werkzeug montiert und weisen dieselbe Schnittgeschwindigkeit wie die Schneideinsätze auf, die etwa bei über 1000 m/min beträgt. Bei dieser Schnittgeschwindigkeit in Abwesenheit von Kühlmittel erfolgt eine sehr schnelle Verklebung der Schleifelemente mit vom Werkstück abgetragenem Material, so dass sie viel öfter als die Schneideinsätze ausgetauscht werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfach aufgebautes und kostengünstiges Werkzeug zur Grob- und Feinbearbeitung eines Werkstücks anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstücks mittels dieses Werkzeugs anzugeben.
Die auf ein Werkzeug gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks, das um eine Achse rotierbar ist und das einen Werkzeuggrundkörper mit zumindest einem zu einer Bearbeitungsfläche orientierten Schneideinsatz zur Grobbearbeitung sowie mit einem Schleifelement zur Fein- bearbeitung des Werkstücks aufweist. Das Schleifelement ist relativ zum Grundkörper aus einer rückgezogenen Ruheposition zur Bearbeitungsfläche hin in eine Bearbeitungsposition verstellbar. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, ein herkömmliches Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere einen Planfräser, durch kleine Änderungen am Aufbau als ein kombiniertes Werkzeuge für sowohl eine Schrupp- als auch eine Schleifbearbeitung des Werkstücks einzusetzen. Beide Bearbeitungsvorgänge können hierbei un- abhängig voneinander durchgeführt werden, ohne dass die Betriebsparameter und Arbeitsbedingungen des einen Bearbeitungsvorgangs eine negative Auswirkung auf den anderen haben.
Um das zu erreichen, wird des Schleifelement, das insbesondere als eine Schleifschei- be ausgestaltet ist, im Betrieb zwischen den zwei Positionen verstellt. In seiner Ruheposition ist das Schleifelement etwas nach innen zurückgezogen und ist beim Einsatz des Werkzeugs beabstandet von der Bearbeitungsfläche. Diese ist bei einem Werkzeug mit mehreren Schneideinsätzen, beispielweise ein Planfräser, durch die von den Schneideinsätzen aufgespannte Ebene definiert. Allgemein fällt die Bearbeitungsfläche mit der Oberfläche des Werkstücks zusammen, mit der der Schneideinsatz beim Betrieb in Eingriff steht. In diesem Fall ist es nur der Schneideinsatz des Werkzeugs, der in die Oberfläche des Werkstücks eingreift und eine Grobbearbeitung durchführt. Für eine nachfolgende Feinbearbeitung wird das Schleifelement auswärts gedrückt, so dass das Schleifelement weiter nach außen beabstandet von den Schneideinsätzen positioniert ist und nur das Schleifelement in Eingriff mit dem Werkzeug steht. Die Bearbeitungsfläche, ist in diesem Fall durch die Ebene des Schleifelements definiert.
Da beide Bearbeitungsprozesse bevorzugt separat voneinander erfolgen, ist die Verwendung eines Kühlmittels bei der Feinbearbeitung möglich, ohne dass eine Beschädi- gungsgefahr für den beispielweise keramischen Schneideinsatz besteht.
Vorzugsweise ist im Werkzeuggrundkörper eine verschiebbare Druckplatte vorgesehen, die mechanisch mit dem Schleifelement verbunden ist. Die Druckplatte weist eine innere Stellung und eine äußere Stellung auf, die mit der Ruheposition und Bearbeitungsposition des Schleifelements korreliert sind. Wenn das Schleifelement sich in seiner Ruheposition befindet, ist die Druckplatte in ihrer inneren Stellung. Um die Druckplatte in ihre äußere Stellung zu verschieben, wird eine Kraft auf die Druckplatte ausgeübt und über die mechanische Verbindung auf das Schleifelement übertragen, das hier- durch in die Bearbeitungsposition verstellt wird. Wenn diese Kraft nicht mehr auf die Druckplatte wirkt, geht die Druckplatte in ihre innere Stellung zurück und mit ihr das Schleifelement in seine Ruheposition. Diese Konstruktion ist durch einfache und kostengünstige technische Mittel verwirklicht und gewährleistet einen zuverlässigen Einsatz des Werkzeugs.
Bevorzugt begrenzt die Druckplatte einen Druckraum für ein Fluid. Das Fluid ist beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gasgemisch In diesen Druckraum wird im Betrieb ein Fluid zugeführt, das dafür sorgt, dass der Druck im Druckraum ansteigt und da- durch eine Verschiebung der Druckplatte von ihrer inneren Stellung in ihre äußere Stellung, bzw. eine Verschiebung des Schleifelements in die Bearbeitungsposition bewirkt. Die Druckplatte bleibt in ihrer äußeren Stellung solange der Druck im Druckraum hoch ist. Das heißt, dass das Fluid entweder in einem geschlossenen Druckraum gehalten wird oder dass bei einem offenen Druckraum durch eine ständige Zufuhr des Fluids der Druck stationär gehalten wird. Die Verstellung des Schleifelements erfolgt daher in einfacher Art und Weise auf hydraulischem oder pneumatischem Weg.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Werkzeuggrundkörper eine Kühlfluidzu- leitung auf, die über eine Öffnung mit dem Druckraum verbunden ist. Da zur Feinbear- beitung des Werkstücks üblicherweise ein Kühlfluid dem Werkzeug zugeführt wird, wird die Kühlfunktion es Kühlfluids mittels dieser Ausgestaltung in geschickter Weise durch eine Druckfunktion zum Umschalten von der Grob- in die Feinbearbeitung ausgenutzt. Eine zusätzliche Steuerung ist nicht erforderlich, vielmehr verfährt das Schleifelement bei Zuschaltung der Kühlfluidzufuhr automatisch in die Bearbeitungsposition. Das Kühlfluid füllt hierzu den Druckraum und baut dort einen ausreichend hohen Druck auf, der die Druckplatte von ihrer inneren in ihre äußere Stellung drückt und dadurch das Schleifelement in die Bearbeitungsposition verstellt. Der notwendige Druck wird über den üblichen Druck des Kühlfluids bereitgestellt, der etwa im Bereich über 10.105 Pa liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Druckraum über Kühlfluidkanäle in Richtung zur Bearbeitungsfläche offen. Somit kann das Kühlfluid aus dem Druckraum direkt zum Schleifelement geführt werden, wo es das Schleifelement im Betrieb kühlt. In diesem Fall ist insbesondere eine kontinuierliche Zugabe und Entnahme der gleichen Menge Kühlfluid in den Druckraum vorgesehen, um die Schleifscheibe durch die ständige Zugabe von Kühlfluid sicher in der Bearbeitungsposition zu halten. Alternativ oder zusätzlich ist eine mechanische Verriegelung vorgesehen.
Vorteilhafterweise ist ein Widerlager im Werkzeuggrundkörper vorgesehen, das die Verschiebung der Druckplatte zur Bearbeitungsfläche beschränkt. Dieses Widerlager ist so positioniert, dass beim Anschlagen der Druckplatte am Widerlager das Schleifelement sich exakt in der definierten Bearbeitungsposition zur Feinbearbeitung befin- det. Das Widerlager ist aus einem unelastischen harten Material ausgebildet und lässt sich nicht biegen oder weicht nicht unter der Druckkraft der Druckplatte aus. Durch das Widerlager wird zuverlässig auch ein wiederholtes Verfahren des Schleifelements in die exakte Bearbeitungsposition gewährleistet.
Zweckdienlicherweise ist das Widerlager nach Art eines Befestigungsringes ausgebildet. Der Ring ist fest an dem Werkzeuggrundkörper mittels einer kraftschlüssige Verbindung, insbesondere mittels einer Schraubverbindung befestigt. Dies erlaubt eine einfache Montage des Widerlagers und durch die ringartige Ausbildung eine sichere, definierte Anlage der Druckplatte gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schleifelement mittels eines Federelements in der rückgezogenen Ruheposition gehalten. Das Federelement Ist entweder eine Druckfeder oder eine Zugfeder. Eine Druckfeder wird beim Verschieben der Druckplatte unter dem vom Kühlfluid erzeugten Druck zusammengedrückt und beim Entspannen bringt sie die Druckplatte automatisch in ihre Anfangsstellung. Bei einer Zugfeder werden ihre Enden beim Verschieben der Druckplatte auseinandergezogen und beim Zusammenziehen ziehen sie die Druckplatte zurück in die Ruheposition. Durch das Federelement ist daher in konstruktiv einfacher Weise eine automatische und zuverlässige Rückführung der Druckplatte in die rückgezogene Position erreicht.
Weiterhin ist das Federelement bevorzugt zwischen dem Widerlager und der Druckplatte angeordnet. Bei einer Druckfeder erlaubt diese Ausgestaltung ein loses Einlegen der Druckfeder, so dass ihre Enden sich lediglich auf zwei Basisflächen stützen. Das Widerlager stellt eine stabile Basisfläche dar, auf die sich das eine Ende des Federelements stützt. Das andere Ende stützt sich an der Druckplatte ab, die die zweite Basisfläche bereitstellt.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks gemäß Patentanspruch 10. Danach wird bei diesem Verfahren zur Feinbearbeitung des Werkstücks das Schleifelement aus einer rückgezogenen Ruheposition in eine Bearbeitungsposition im Eingriff mit dem Werkstück verstellt.
Die in den vorhergehenden Ansprüchen angegebenen Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen des Werkzeugs sind sinngemäß auch auf dieses Verfahren zu übertragen.
Bevorzugt wird das Schleifelement mittels eines von einem Fluid im Werkzeuggrundkörper erzeugten Drucks in die Bearbeitungsposition verfahren. Das Fluid ist insbesondere ein Kühlschmierfluid, das zum Kühlen und Schmieren des Schleifelements bei der Feinbearbeitung eingesetzt wird. Dieses Kühlschmierfluid wird weiterhin dazu benutzt, einen ausreichend hohen Druck im Werkzeuggrundkörper zu erzeugen, mit dessen Hilfe die Schleifscheibe in die Bearbeitungsposition gedrückt wird.
Zweckdienlicherweise ist für die Feinbearbeitung lediglich eine Mindermengenschmierung oder eine sogenannte minimale Mindermengenschmierung vorgesehen. Hierzu wird als Kühlfluid ein Aerosol zugeführt. Bei einem Aerosol wird eine Kühlflüssigkeit in einem Gas, insbesondere in Luft, dispergiert, wobei der Volumenanteil der Flüssigkeit sehr klein gehalten ist. Hierbei werden nur noch sehr geringe Mengen an einer Kühlflüssigkeit zugeführt, so dass eine weitgehend trockene Feinbearbeitung des Werkstücks erfolgt.
Vorteilhafterweise werden die Grobbearbeitung und die Feinbearbeitung gleichzeitig durchgeführt. Da die Menge an Kühlflüssigkeit im Aerosol sehr gering ist, ist ein gleichzeitiger Einsatz beider Bearbeitungsvorgänge realisierbar, ohne dass dabei der Schneideinsatz in Folge von starken Temperaturwechseln beim Einsatz des Kühlfluids beschädigt wird.
Zweckdienlicherweise wird bei einer Graugussbearbeitung eine Schnittgeschwindigkeit von 600 bis 1200 m/min und bei einer Leichtmetallbearbeitung eine Schnittgeschwindigkeit von 2000 bis 10000 m/min eingestellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen hierbei:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines Werkzeugs zur Grob- und Feinbearbeitung eines Werkstücks,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Werkzeug gemäß Fig. 1 in Arbeitsstellung für die Grobbearbeitung eines Werkstücks mit dem Schleifelement in der Ru- heposition, und
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Werkzeug gemäß Fig. 1 in Arbeitsstellung für die Feinbearbeitung eines Werkstücks mit dem Schleifelement in der Bearbeitungsposition.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 sind die Bauelemente eines Werkzeugs 1 zur Grob- und Feinbearbeitung eines Werkstücks einzeln dargestellt. Das Werkzeug 1 bildet ein kombiniertes Fräs- und Schleifwerkzeug auf Basis eines herkömmlichen Planfräsers aus. Das Werkzeug 1 weist einen Werkzeuggrundkörper 3, eine Druckplatte 5, einen Befestigungsring 7 und ein Schleifelement 9 auf. Die verschiedenen Bereiche der Außenwand des Werkzeuggrundkörpers 3 sind zylindrisch oder konisch ausgebildet und somit ist das Werkzeug um eine Achse A rotationssymmetrisch. Der Innenraum des Werkzeuggrundkörpers 3 ist stufenweise in Richtung zu einer Bearbeitungsfläche 11 vergrößert (vgl. Fig. 2). Auf einer der Stufen sind zur Bearbeitungsfläche 11 orientiert Befestigungslöcher 13 eingebracht, die insbesondere ein Gewinde aufweisen. An der Umfangsseite des Werkzeuggrundkörpers 3 zur Bearbeitungsfläche 11 orientiert sind mehrere Scheideinsätze 15 zur Grobbearbeitung des Werkstücks montiert. Die Bearbeitungsfläche 11 ist für die Grobbearbeitung definiert durch die von den Schneideinsätzen 15 aufgespannte Ebene senkrecht zur Achse A.
Die Druckplatte 5 weist zur Bearbeitungsfläche 11 hin einen zylindrischen Ansatz 17 s auf und ist somit nach Art eines Kolbens ausgebildet. Die Druckplatte 5 hat einen Kragen 19, der entlang seiner Umfangsseite eine Nut 21 aufweist, in die im montieren Zustand ein Dichtungsring 23 einbracht ist. Der Kragen 19 weist außerdem auf seiner zur Befestigungsfläche 11 gerichteten Seite vier Löcher 25a auf, in die Federelemente 27 eingeführt werden. Der Ansatz 17 weist in seiner Mitte eine Zentralbohrung 29 auf, die io von Kühlfluidkanälen 31 und Bohrlöchern 33 umgeben ist.
Der Befestigungsring 7 wird im montierten Zustand um den Ansatz 17 herum angesteckt. Der Befestigungsring 7 hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Kragens 19 der Druckplatte 5 und im Bereich seiner Umfangswand weist er i5 mehrere Bohrungen 35 auf, durch die jeweils Schrauben 37a geführt werden. Beim Befestigen des Befestigungsrings 7 im Werkzeuggrundkörper 3 gehen die Schrauben 37 durch die Bohrungen 35 und werden anschließend in die Befestigungslöcher 13 eingeführt und dort mit dem Werkzeuggrundkörper 3 verschraubt.
0 Das Schleifelement 9 weist die Form eines hohlen Kegelstumpfs auf, an dessen Grundfläche ein Schleifring 39 angebracht ist. Die Befestigungsseite 41 des Schleifelements weist eine Zentralbohrung 43 sowie Bohrungen 45 auf. Durch die Bohrungen 45 des Schleifelements 9 werden Schrauben 37b geführt, die sich bis in die Bohrlöcher 33 des Ansatzes 17 erstrecken und dort eingeschraubt werden. Durch die Zentralboh- 5 rung 43 des Schleifelements 9 bis in die Zentralbohrung 29 der Druckplatte 5 ist eine Zentralschraube 47 eingeführt, die mit der Druckplatte 5 verschraubt ist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Werkzeug 1 gemäß Fig. 1. Das Schleifelement 9 ist in seiner rückgezogenen Ruheposition, das Werkzeug 1 ist also in seiner Arbeits- Stellung für eine Grobbearbeitung des Werkstücks. Der Befestigungsring 7 ist mit Hilfe der Schrauben 37a im Werkzeuggrundkörper 3 fixiert. Die von der Bearbeitungsfläche 11 abgewandte Seite des Befestigungsrings 7 weist Löcher 25b auf, die mit den Löcher 25a der Druckplatte 5 korrespondieren, in denen die Federelemente 27 eingelegt sind. Die Federelemente 27 sind in diesem Ausführungsbeispiel Druckfedern und ihre Enden brauchen nicht befestigt zu werden, sondern sie stützen sich lediglich auf dem Befestigungsring 7 und der Druckplatte 5 ab. Der Befestigungsring 7 liegt beim Einsatz des Werkzeugs 1 unter der Druckplatte 5, d.h. die Druckplatte 5 wird von der Federkraft der Federelemente 27 in ihrer inneren Stellung gehalten. Oberhalb der Druckplatte 5 und von ihr begrenzt ist ein Druckraum 49 gebildet, der über eine Öffnung 51 mit einer Kühlfluidzuleitung 53 verbunden ist. In dieser Arbeitsstellung des Werkzeugs 1 ist der Druck im Druckraum 49 nicht höher als der Umgebungsdruck. Der Werkzeuggrundkörper 3 weist an seiner Umfangsseite Aufnahmen 55 für die Scheideinsätze 15 gemäß Fig. 1 auf.
Um das Werkzeug 1 in seine Arbeitsstellung für die Feinbearbeitung des Werkstückes zu verfahren wird der Druckraum 49 über eine Öffnung 51 mit Kühlfluid gefüllt. Die Druckplatte 5 wird dabei mit dem unter Druck von etwa mindestens 10 x 105 Pa stehenden Kühlfluid beaufschlagt, so dass sie in ihre äußere Stellung, wie in Fig. 3 gezeigt, gedrückt wird. Bei der axialen Verschiebung der Druckplatte 5 werden die Federelemente 27 beansprucht und gedrückt. Die Druckplatte 5 kann dabei so weit axial verschoben werden, bis sie auf dem Befestigungsring 7 aufliegt, der ein Widerlager bildet. Das Schleifelement 9, das mittels der Schrauben 37b mit dem Ansatz 17 der Druckplatte 5 verbunden ist, wird beim Verschieben der Druckplatte 5 nach unten zur Bearbeitungsfläche 11 gedrückt und somit erreicht es seine Bearbeitungsposition. Der Druckraum 49 ist über die Kühlfluidkanäle 31 mit der Zentralbohrung 43 des Schleifelements 9 strömungstechnisch verbunden. Der Durchmesser der Zentralbohrung 43 ist größer als der der Zentralschraube 47, so dass das Kühlfluid nach dem Ausströmen aus den Kühlfluidkanälen 31 über die Zentralschraube 47 zur Bearbeitungsfläche 11 gelangt und dort das Schleifelement 9 bei seinem Einsatz kühlt.
Bei einem abwechselnden Einsatz der Schneideinsätze 15 und des Schleifelements 9 wird die Bearbeitungsfläche 11 bei der Feinbearbeitung durch die Ebene, in der das Schleifelement 9 liegt, definiert. Das Schleifelement 9 ist bei seinem Einsatz relativ zum Werkzeuggrundkörper 3 etwas axial weiter nach außen als die Schneideinsätze 15 positioniert und somit wird die Bearbeitungsfläche 11 ebenfalls auswärts verschoben. Alternativ zu dem abwechselnden Einsatz ist insbesondere beim Einsatz einer minimalen Mindermengenschmierung die gleichzeitige Durchführung sowohl der Grob- als auch der Feinbearbeitung vorgesehen.
Bei der gleichzeitigen Durchführung beider Bearbeitungsvorgänge liegen die Schneid- einsätze 15 und das Schleifelement 9 in einer Ebene, die mit der Bearbeitungsfläche 11 übereinstimmt. Sowohl bei abwechselnden als auch bei gleichzeitigen Arbeitsvorgängen ist die Drehgeschwindigkeit bei der Grob- und Feinbearbeitung gleich.
Um das Schleifelement 9 wieder in seine Ruheposition zu verfahren wird die Kühlfluid- ufuhr in den Druckraum 49 unterbrochen. Die Federkraft der Federelemente 27 drückt ie Druckplatte 5 nach oben bis die Druckplatte 5 wieder in ihrer inneren Stellung ist, ie der Ruheposition des Schleifelements 9 entspricht.

Claims

Ansprüche
1. Werkzeug (1 ) zur Bearbeitung eines Werkstücks das um eine Achse (A) rotierbar ist, mit einem Werkzeuggrundkörper (3) mit zumindest einem zu einer Bearbei- s tungsfläche (11 ) orientierten Schneideinsatz (15) zur Grobbearbeitung und einem Schleifelement (9) zur Feinbearbeitung des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifelement (9) relativ zum Werkzeuggrundkörper (3) aus einer rückgezogenen Ruheposition zur Bearbeitungsfläche (11) hin in eine Bearbei- tungsposition verstellbar ist.
2. Werkzeug (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine im Werkzeuggrundkörper (3) verschiebbare Druckplatte (5) vorgese- hen ist, die mechanisch mit dem Schleifelement (9) verbunden ist.
3. Werkzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (5) einen Druckraum (49) für ein Fluid begrenzt.
4. Werkzeug (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeuggrundkörper (3) eine Kühlfluidzuleitung (53) aufweist, die ü- ber eine Öffnung (51) mit dem Druckraum (49) verbunden ist.
5. Werkzeug (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (49) über Kühlfluidkanäle (31) in Richtung zur Bearbeitungsfläche (11) offen ist.
6. Werkzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Werkzeuggrundkörper (3) ein Widerlager (7) vorgesehen ist, das die Verschiebung der Druckplatte (5) zur Bearbeitungsfläche (11 ) beschränkt.
7. Werkzeug (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager nach Art eines Befestigungsrings (7) ausgebildet ist.
8. Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifelement (9) mittels eines Federelements (27) in der rückgezogenen Ruheposition gehalten ist.
9. Werkzeug (1 ) nach Anspruch 6 oder 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckfederelement (27) zwischen dem Widerlager und der Druckplatte
(5) angeordnet ist.
10. Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Werkzeugs (2) das um eine Achse (A) rotiert wird, mit einem Werkzeuggrundkörper (3) mit zumindest einem Schneideinsatz (15) zur Grobbearbeitung und einem
Schleifelement (9) zur Feinbearbeitung des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feinbearbeitung des Werkstücks das Schleifelement (9) relativ zum Werkzeuggrundkörper (3) aus einer rückgezogenen Ruheposition in eine Bear- beitungsposition in Eingriff mit dem Werkstück verstellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifelement (9) mittels eines von einem Fluid im Werkzeuggrundkörper (3) erzeugten Drucks in die Bearbeitungsposition verfahren wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlfluid ein Aerosol zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, s dadurch gekennzeichnet, dass die Grobbearbeitung und die Feinbearbeitung gleichzeitig durchgeführt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Graugussbearbeitung eine Schnittgeschwindigkeit von 600 bis 1200 m/min und bei einer Leichtmetallbearbeitung eine Schnittgeschwindigkeit von 2000 bis 10000 m/min eingestellt wird.
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