Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines stehenden Werkstücks nach Anspruch 1, eine Station zum Bearbeiten eines stehenden Werkstücks nach Anspruch 8, umfassend die erfindungsgemässe Vorrichtung und eine Haltevorrichtung, sowie ein System zum Bearbeiten eines stehenden Werkstücks nach Anspruch 10, umfassend wenigstens eine erfindungsgemässe Station. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bearbeiten eines stehenden Werkstücks nach Anspruch 12 und eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung nach Anspruch 17. Als Fräsen wird üblicherweise ein spanendes

Fertigungsverfahren mit einem rotierenden, meist mehrschneidigen Werkzeug - einem Fräser - bezeichnet, das eine kreisförmige Schnittbewegung durchführt und einer vom Werkstück oder Fräser durchgeführten Vorschub- und Zustellbewegung. Die Vorschubbewegung kann eben oder eine beliebige räumliche Bahnkurve sein, was auch eine grosse Vielzahl an Werkstückformen begründet.

Als Drehen wird dagegen ein Trennverfahren für Metalle oder - seltener - auch Kunststoffe bezeichnet, das manuell auf einer Drehbank oder automatisiert auf einer Drehmaschine durchgeführt wird. Im Gegensatz zum Fräsen bewegt sich hier das Werkstück beziehungsweise Halbzeug und das fest eingespannte Werkzeug ( Drehmeissel ) steht still. Nur in besonderen Fällen, beispielsweise beim Gewindewirbeln, bewegt sich auch das Werkzeug. Das Gewindewirbeln stellt deshalb eine Kombination aus Fräsen und Drehen dar, und wird zur Herstellung von Innen- wie auch von Aussengewinden benutzt. Die Vorzüge des Gewindewirbeins sind insbesondere durch die Präzision und Schnelligkeit begründet, in der ein solches Gewinde herstellbar ist. Da allerdings sowohl das Werkzeug als auch das Werkstück bewegt werden müssen, ist das Gewindewirbeln in seiner bekannten Form technisch aufwändig und teuer. Insbesondere lässt sich eine automatisierte Fertigung an aufeinander folgenden Bearbeitungsstationen, z.B. in Langoder Rundautomaten, nicht realisieren, da diese die Zuführung eines jeweils stehenden Werkstücks erfordern. Ein reines Fräsen der Gewinde am stehenden Werkstück scheiterte bislang an der Komplexität seiner technischen Realisierung.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der einfachen, flexiblen und effizienten Herstellung beliebiger Aussengewinde an stehenden Werkstücken zulässt, die zudem kostengünstig zu realisieren ist.

Dieser Vorteil wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erzielt .

Ein wesentlicher Punkt der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht dabei darin, dass ein am Fräskopf erfindungsgemäss gekipptes Fräswerkzeug bei Drehung des Fräskopfs nicht nur um dessen Längsachse kreist, sondern zudem in eine Taumelbewegung versetzt wird. Bei gleichzeitigem Vorschub des Fräskopfs wandert damit das Fräswerkzeug nicht nur in einer spiralförmigen Bewegungsbahn um das Werkstück herum, sondern ist in jeder Bahnposition auch immergleich ausgerichtet. Dies ist aber die Voraussetzung dafür, dass überhaupt ein Aussengewinde gefräst werden kann, da anderenfalls das Fräswerkzeug bei Vorschub blockieren würde. Gleichzeitig wird es möglich, über eine entsprechende Profilgebung der Fräszähne beliebige Gewindeprofile herzustellen. Damit ist eine besonders einfache und flexible, dabei gleichzeitig effiziente und präzise Herstellung von Aussengewinden jeglicher gewünschten Steigung und Profilgebung möglich. Das bearbeitete Werkstück muss dabei auch nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt haben, sondern kann auch jede andere Querschnittsform aufweisen, an deren Umfang wenigstens abschnittsweise ausgebildete Gewindebahnen entstehen sollen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

So kann zum Beispiel in einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Drehachse des Fräswerkzeugs zudem in einem vorbestimmten zweiten Winkel aus der Richtung der gekippten Drehachse heraus um eine zweite Achse geneigt ist, die in Umfangsrichtung des Werkzeugs durch den besagten Arbeitspunkt verläuft. Eine derart geneigte Drehachse macht zum Beispiel die Herstellung von hinterschnittenen Gewinden an einem Werkstück möglich, so dass Schraubverbindungen mit besonders hoher Zugfestigkeit herstellbar sind.

Grundsätzlich kann das Fräswerkzeug zum Beispiel als Fräser mit an dessen Aussenumfang liegenden Arbeitspunkt ausgeführt sein, der umlaufend um das Werkstück geführt wird. Bevorzugt ist es aber, wenn das Fräswerkzeug als. Wirbelring ausgebildet ist, und die Längsachse des Fräskopfs die Öffnungsfläche des Wirbelrings beabstandet zu dessen Drehachse durchtritt, so dass der Arbeitspunkt des Rings an dessen Innenumfang liegt. Das Werkstück wird dabei von dem Ring umgriffen, wobei dessen Arbeitspunkt wiederum umlaufend um das Werkstück geführt wird. Durch Verwendung eines Wirbelrings wird eine besonders einfach und kompakt zu realisierende Integration des Fräswerkzeugs in den Fräskopf möglich .

Bevorzugt ist die Vorrichtung dabei mit Antriebsmitteln versehen, über welche der Fräskopf abhängig von dem vorbestimmten ersten und/oder zweiten Winkel des Fräswerkzeugs in eine koordinierte Vorschub- und Drehbewegung versetzbar ist, so dass der Arbeitspunkt des Werkzeugs eine spiralförmige Bewegungsbahn beschreibt. Zum Herstellen von Aussengewinden unterschiedlicher Steigung und Profilgebung ist damit lediglich die Einstellung des ersten und/oder zweiten Winkels am Fräswerkzeug erforderlich. Diese wiederum ist besonders einfach dadurch möglich, indem der Fräskopf und/oder das Fräswerkzeug als jeweils austauschbare Einheit mit standardisiertem Anschluss für Antriebsmittel ausgebildet sind. Denkbar ist aber auch eine am Werkzeug selbst vorgesehene Justiervorrichtung, die ein Kippen bzw. Neigen von dessen Drehachse um den ersten und/oder zweiten Winkel ermöglicht. Besonders präzise gefräste Aussengewinde sind dabei herstellbar, wenn die Vorrichtung mit Ausgleichsmitteln versehen ist, die zum Detektieren und Kompensieren von Abweichungen des Arbeitspunkts des Fräswerkzeugs von einer vorgegebenen Bewegungsbahn ausgelegt sind. In einer bevorzugten, technisch besonders zuverlässigen

Ausführungsform ist dabei vorgehen, dass die Ausgleichsmittel eine Lagerung des Fräskopfs an Schlitten umfassen, welche in zwei senkrecht zur Längsachse des Fräskopfs stehenden Raumrichtungen verfahrbar ist.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung wird auch durch eine Station nach Anspruch 10 erreicht.

Ein wesentlicher Punkt der erfindungsgemässen Station besteht darin, dass das Werkstück nicht drehbar gelagert zu sein muss, um selbst anspruchsvolle Aussengewinde daran anzubringen. Dadurch entfallen entsprechende motorische Antriebe, welche eine Zu- und Weiterführung des Werkstücks zu der Vorrichtung behindern oder wenigstens stark verkomplizieren würden, in jedem Fall aber deutlich mehr Raumbedarf erfordern und zudem teuer machen würden. Eine solche Station ist damit für eine stark automatisierte Fertigung von Bauteilen besonders geeignet.

Besonders bevorzugt ist bei einer solchen Station eine Längsachse des Werkstücks auf eine Längsachse des Fräskopfs ausgerichtet, womit wenigstens teilweise umlaufende Aussengewinde am Werkstück herstellbar sind, wie sie z.B. Zahnstangen erwünscht sind.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist auch durch ein System zur getakteten Bearbeitung von stehenden Werkstücken nach Anspruch 12 erzielbar.

Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemässen Systems besteht darin, dass neben anderen Bearbeitungsvorgängen am stehenden Werkstück erstmals auch ein Aussengewinde daran herstellbar ist. Obwohl ein solches System zum Beispiel als Langautomat ausgeführt sein kann, ist es allein schon aus Platz- und Kostengründen bevorzugt, es als Rundtaktautomat auszubilden. Zudem kann der Vorteil der vorliegenden Erfinddung auch durch ein Verfahren nach Anspruch 13 erreicht werden.

Ein wesentlicher Punkt des erfindungsgemässen Verfahrens besteht dabei darin, dass es eine umlaufend gleichbleibende Ausrichtung des Fräswerkzeugs in Richtung seiner spiralförmigen Bewegungsbahn erlaubt. Erst dadurch ist - wie bereits vorstehend erläutert - das Fräsen eines Aussengewindes an einem Werkstück möglich. Gleichzeitig erlaubt das Verfahren eine leichte technische Realisierung mit den weiteren schon benannten Vorzügen.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Danach wird in einer bevorzugten Ausprägung des erfindungsgemässen Verfahrens das rotierende Fräswerkzeug in eine Taumelbewegung versetzt, so dass entlang der gesamten Bewegungsbahn eine Drehachse des Werkzeugs aus einer Richtung der gekippten Drehachse heraus zudem um einen vorbestimmten zweiten Winkel um eine zweite Achse geneigt ist, die in ümfangsrichtung des Werkzeugs durch den besagten Arbeitspunkt verläuft. Dies ermöglicht - neben der Vorgabe einer bestimmten Steigung über den ersten Winkel - die Anbringung eines Hinterschnitts über den zweiten Winkel.

Dabei muss der Arbeitspunkt des Werkzeugs nicht notwendigerweise über den gesamten Umfang des Werkstücks in dessen Material eingreifen. Das Werkstück kann auch so zu dem Fräswerkzeug ausgerichtet und feststehend gehalten werden, dass der besagte Arbeitspunkt wenigstens an einem Teilumfang des Werkstücks spanabhebend in dessen Material eintritt. Damit sind auch Teilgewinde an einem Werkstück herstellbar, wie sie zum Beispiel an Zahnstangen benötigt werden .

Zur Herstellung unterschiedlicher Aussengewinde ist es dabei vorteilhaft, wenn der erste und/oder der zweite Winkel des Fräswerkzeugs durch Austauschen eines Fräskopfs eingestellt wird, an dem das Werkzeug drehbar gelagert gehalten ist. Dies ermöglicht im Bedarfsfall einen schnellen Wechsel des Werkzeugs und schliesst gleichzeitig Fehler durch manuelles Einstellen des ersten und/oder zweiten Winkels des Werkzeugs am Fräskopf aus. In bevorzugter Weise wird dabei mit dem ersten Winkel des Fräswerkzeugs eine Gewindesteigung und/oder mit dem zweiten Winkel des Fräswerkzeugs ein Gewindeprofil eingestellt, das an dem Werkstück gefräst werden soll.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll dabei bevorzugt zum Gewindeschneiden von Schrauben, insbesondere von Knochen- und/oder Holzschrauben Verwendung finden, womit sowohl deren Produktionszeiten wie auch deren Qualität erheblich verbessert werden können.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detailliert erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemässen

Vorrichtung zum Bearbeiten eines feststehenden Werkstücks, mit einem Fräskopf und einem daran exzentrisch gehaltenen, drehbar gelagerten Fräswerkzeug; Figur 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen

Station zur Bearbeitung eines feststehenden Werkstücks ;

Figur 3 eine räumliche Ansicht der erfindungsgemässen

Vorrichtung der Figur 2 mit einem Antriebsmittel von schräg oben gesehen;

Figur 4 eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemässen Systems zum Bearbeiten eines stehenden Werkstücks, und

Figur 5 eine Draufsicht auf das System der Figur 4 mit einer darin sichtbaren Station der Figur 2. Die Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemässen Vorrichtung 10 zum Bearbeiten eines feststehenden Werkstücks 20, mit einem Fräskopf 11 und einem daran exzentrisch gehaltenen, drehbar gelagerten Fräswerkzeug, das hier als Wirbelring 12 ausgeführt sein soll. Der Fräskopf 11 ist in Richtung der angebrachten Pfeile drehbar um seine Längsachse ZH (Z-axis tool Head) gelagert und linear zum Werkstück 20 hin und von diesem weg verfahrbar. Seine Längsachse (ZH) durchmisst in einem Abstand zur Drehachse ZT die Öffnungs- oder Arbeitsfläche S (Surface) des Wirbelrings 12. In diesem Beispiel fällt seine Längsachse ZH zudem mit einer Längsachse des Werkstücks 20 zusammen, an dem ein komplett umlaufendes Aussengewinde gewirbelt werden soll. Dazu ist der Wirbelring 12 aus einer Richtung seiner Drehachse ZT (Z-Axis cutting Tool) in einem ersten (Schnitt ) Winkel Ax (Angle X-axis) um eine erste (Schnitt ) Achse X gekippt, welche in radialer Richtung des Wirbelrings 12 durch eine Arbeitspunkt WP (Working Point) verläuft, welcher der Längsachse ZH jeweils am nächsten liegt. Der Schnittwinkel Ax gibt dabei die Steigung des zu schneidenden Gewindes vor.

Der Wirbelring 12 ist zudem aus der Richtung der gekippten Achse ZT' in einem zweiten (Schnitt) Winkel Ay (Angle Y-axis) um eine zweite ( Schnitt ) Achse Y geneigt, welche in Umfangsrichtung des Wirbelrings 12 durch dessen Arbeitspunkt WP verläuft. Grundsätzlich ist dabei über eine entsprechende Profilgebung der Fräszähne (nicht gezeigt) des Wirbelrings 12 ein entsprechendes Gewindeprofil einstellbar. Der Schnittwinkel Ay lässt aber zusätzlich die Anbringung von Hinterschneidungen zu.

Durch koordinierte Vorwärts- und Drehbewegung des Fräskopfs 11 zum Werkstück 20 hin wird nun der in Schnittgeschwindigkeit rotierende Wirbelring 12 in eine zusätzliche Taumelbewegung versetzt. Sein Arbeitspunkt WP legt dabei eine spiralförmige Bahnkurve im Material des Werkstücks zurück. Dabei bleibt seine Stellung zum Werkstück an jedem Umfangspunkt gleich, das heisst, seine Umfangsrichtung im Arbeitspunkt WP ist immer in Richtung einer gewählten Gewindesteigung ausgerichtet. Damit kann erstmals ein Aussengewinde an einem feststehenden Werkstück 20 - hier mittels Gewindewirbeln - realisiert werden. Das Verfahren ist aber nicht auf einen Wirbelring 12 beschränkt, sondern kann auch mit einem das Werkstück 20 umlaufenden Fräser durchgeführt werden. Die Verwendung eines Wirbelrings lässt aber dessen besonders einfache und kompakte Integration in den Fräskopf 11 zu. Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Station 30 zur Bearbeitung eines feststehenden Werkstücks 20. Die Station 30 umfasst dabei die erfindungsgemässe Vorrichtung der Figur 1, von welcher hier lediglich ihr Fräswerkzeug, also wiederum der Wirbelring 12 dargestellt ist. Zudem umfasst die Station 30 eine Haltevorrichtung 15 für das Werkstück 20, an dem bereits ein Aussengewinde gewirbelt worden ist. Der Vorteil der erfindungsgemässen Station 30 besteht dabei darin, dass sie keine Haltevorrichtung 15 erfordert, die mit einem motorischen Antrieb versehen sein muss, um das Werkstück 20 wie üblich zu drehen. Dadurch kann eine technisch einfach aufgebaute Haltevorrichtung 15 wie z.B. eine einfache Klemmvorrichtung verwendet werden, die mobil gestaltet und damit der erfindungsgemässen Vorrichtung 10 besonders einfach zuführbar ist.

Die Figur 3 zeigt eine räumliche Ansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung 10 der Figuren 1 und 2 mit einem Antriebsmittel 13 (bei entferntem Ausgleichsmittel 14) von schräg oben gesehen. Das Antriebsmittel 13 umfasst dabei verschiedene Motoren und Übersetzungsgetriebe zum Drehen und Verfahren des Fräskopfs 11 unabhängig vom Drehen des Wirbelrings 12 der Vorrichtung 10. Die Figur 4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemässen Systems 40 zum Bearbeiten eines stehenden Werkstücks 20 in einem Rundtaktautomaten. Dieser umfasst mehrere Bearbeitungsstationen für stehende Werkstücke 20, von denen hier die erfindungsgemässe Station 30 der Figur 2 in Einbauposition gezeigt ist. Das Werkstück 20 ist dabei in einer Haltevorrichtung 15 am Umfang eines runden Bearbeitungstischs T (Table) eingespannt und wird der Station 30 über eine Drehung des Tischs T zur Verfügung gestellt. Über die Antriebs- und Ausgleichsmittel 13,· 14 wird die Bearbeitungsvorrichtung 10 der Station 30 in eine Vorschub- und Ausgleichsbewegung versetzt, bei welcher der am Fräskopf 11 exzentrisch und geneigt und/oder gekippt angebrachte Wirbelring 12 in einer Taumelbewegung um das Werkstück 20 geführt wird. Die Fräszähne des Rings 12 verlaufen dabei so im Material, dass an dem Werkstück 20 ein Aussengewinde geschnitten wird, ohne dass dieses selbst bewegt werden muss. Das Ausgleichsmittel 14 führt dabei eine zweiachsige Ausgleichsbewegung in einer Ebene durch, die senkrecht zur Ebene der Figur 4 verläuft, um z.B. Justierfehler zwischen Werkzeuglängsachse und der Fräskopflängsachse zu korrigieren. Nach Fertigstellung des Gewindes am Werkstück 20 wird die Bearbeitungsvorrichtung 10 zurückgezogen, so dass die Haltevorrichtung 15 mit dem darin eingespannten Werkzeug 20 an eine nachfolgende Station weitergereicht werden kann, in dem der Bearbeitungstisch T gedreht wird. Die Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf das System 40 der Figur 4 mit einer darin sichtbaren Station 30 der Figur 2. Die Station 30 wird dabei gebildet aus einer Bearbeitungsvorrichtung 10, welcher eine Haltevorrichtung 15 an mit einem darin eingespannten Werkstück zugeführt wird, die wiederum an dem Umfang des runden Bearbeitungstischs T montiert ist. Das Werkstück kann durch Drehung des Bearbeitungstischs unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt werden, wobei erfindungsgemäss erstmals auch ein Aussengewinde in einem Rundtaktautomaten fräsbar ist.

Dabei ist die erfindungsgemässe Station 30 nicht auf das Fräsen von Gewinden eingeschränkt, sondern es können, abhängig von der gegenseitigen Achsausrichtung von Werkstück und Fräskopf, sowie abhängig vom Kippen und Neigen der Schnittachsen im Arbeitspunkt des Fräswerkzeugs, auch andere Aussenkonturen am Werkstück realisiert werden. Der Einsatz eines Wirbelrings lässt dabei eine besonders präzise und effiziente Realisierung unterschiedlichster Aussenkonturen am Werkstück zu. Die erfindungsgemässe Verwendung des Verfahrens in einem Rundtaktautomaten macht die automatisierte Fertigung von komplexen Werkstücken auf kostengünstige Art und Weise möglich.