WERKZEUGMASCHINE

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine umfassend ein Maschinen gestell, eine an dem Maschinengestell angeordnete Werkstückspindeleinheit mit einer durch einen Spindelantrieb um die Spindelachse angetriebenen Werkstückspindel, in welcher ein Werkstück um die Spindelachse drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine an dem Maschinengestell angeordnete Werkzeugspindeleinheit mit einem mittels eines Werkzeugantriebs um die Werkzeugspindelachse rotierend angetriebenen Werkzeug, wobei die Werk stückspindeleinheit und die Werkzeugspindeleinheit mittels einer Maschinen steuerung gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde in möglichst effizienter Art und Weise in dem Werkstück hinsichtlich Form und Verlauf variable Vertiefungs strukturen herzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse umlaufend verlaufenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur an dem Werkstück das rotierende Werkzeug mindestens eine um die Werkzeugspindel achse umlaufende und radial außenliegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide aufweist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser vorteilhaft eine sowohl um die Werkstückspindelachse umlaufend als auch in Z-Richtung verlaufende Vertiefungsstruktur an dem Werkstück erzeugbar ist, die dabei in ihrer Querschnittsform und ihrem Verlauf variabel gestaltet werden kann. Das vorstehend beschriebene Grundprinzip der erfindungsgemäßen Lösung sieht insbesondere Umfangsgeschwindigkeiten des Werkstücks vor, wie sie für eine übliche Dreh- oder Bearbeitung des Materials des Werkstücks gewählt werden.

Hierzu liegen vorzugsweise die Umfangsgeschwindigkeiten des Werkstücks im Bereich von größer 20 Meter/Minute, beispielsweise bei Stahl im Bereich von 100 bis 200 m/Minute oder bei Aluminium im Bereich von 300 bis 400 m/Minute.

Bei dem grundlegenden Konzept der Erfindung ist prinzipiell nur eine Rotation von Werkzeug und Werkstück denkbar, ohne eine Bewegung in Richtung der Werkstückspindelachse (46), um eine Bearbeitung einer Werkstückoberfläche durchzuführen.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass zur Herstellung der Vertiefungsstruktur so, dass diese mit einer zweiten Verlaufskomponente sich in Richtung der Werkstückspindelachse erstreckend verläuft, eine Relativ bewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in Z-Richtung erfolgt, so dass sich mindestens eine Wendelähnlich im Werkstück verlaufende zusammenhängende Vertiefungsstruktur hersteilen lässt.

Vorzugsweise ist hierzu die Werkzeugspindelachse des rotierenden Werkzeugs windschief zur Werkstückspindelachse ausgerichtet.

Besonders günstig ist es, wenn die Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und die Drehzahl des Werkstücks bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur so gewählt sind, dass die mindestens eine Schneide Schneideingriffe in das Werkstück ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn erzeugen, die um die Werkstückspindelachse und in Richtung der Werkstückspindelachse konkav gekrümmt verläuft. Die Schneideingriffsgrundbahn ist dabei der Bereich einer Schneidenflugbahn der bei einem Schneideingriff in das Werkstück innerhalb einer Umfangsfläche des Werkstücks mit maximaler Eindringung in das Werkstück verläuft.

Mit derart ausgeführten Schneideingriffen lässt sich in vorteilhafter Weise die Vertiefungsstruktur mit einem Vertiefungsgrund mit möglichst geringer Rauheit erzeugen.

Besonders geringe Rauheiten des Vertiefungsgrundes lassen sich dann erzeugen, wenn die konkave Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn einen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes der Vertiefungsstruktur beträgt.

Eine derartige Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn lässt sich bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur insbesondere auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere in Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs entspricht.

Werden mehrere jeweils zusammenhängende in Richtung der Werkstück spindelachse aufeinanderfolgend angeordnete Vertiefungsstrukturen gleich zeitig erzeugt, so ist eine derartige Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn insbesondere auch dadurch zu erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks ungefähr der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs und dividiert durch die Zahl der mehreren Vertiefungsstrukturen entspricht. Werden mehrere zusammenhängende in Richtung der Werkstückspindelachse aufeinanderfolgende Vertiefungsstrukturen gleichzeitig erzeugt, so lässt sich ein derart gekrümmter Verlauf der Schneideingriffsgrundbahn auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere im Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugs weise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs und dividiert durch die Zahl der mehreren Vertiefungsstrukturen entspricht.

Die vorstehend genannten Relationen zwischen der innerhalb der genannten Bereiche liegenden ausgewählten Drehzahl des Werkstücks, der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und der Zahl der Schneiden sowie gegebenenfalls der Zahl der Vertiefungsstrukturen, lässt sich insbesondere entweder durch eine starre mechanische oder elektronische Kopplung der Antriebe für das rotierende Werkstück und das rotierende Werkzeug erreichen, die eine exakte Einhaltung der Relation gewährleisten.

Ferner lässt sich eine derartige Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn vorteilhaft dadurch erzeugen, dass ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn des rotierenden Werkzeugs im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes liegt.

Ferner sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass eine Drehzahl des Werkstücks geringfügig größer oder kleiner als ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl des Werkzeugs multipliziert mit der Zahl von dessen Schneiden ist.

Eine derartige geringfügige Abweichung der Drehzahl des Werkstücks beträgt vorzugsweise maximal 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, noch besser weniger als 1 %. Mit einer derartigen geringfügigen Abweichung der Drehzahl des Werkstücks wird vorteilhafterweise erreicht, dass beim Erzeugen eines zusammen hängenden Vertiefungsgrundes einer Vertiefungsstruktur mittels einander überlappenden Schneideingriffen ein nächstfolgender Schneideingriff zum vorhergehenden Schneideingriff um einen Winkel bezüglich der Werkstück spindelachse versetzt erfolgt, so dass die Vertiefungsstruktur durch aufeinanderfolgende Schneideingriffe erzeugt wird, die relativ zueinander jeweils einen Winkelversatz aufweisen und dadurch eine zusammenhängende Vertiefungsstruktur, die insbesondere das Werkstück umschlingend verläuft, ausgebildet werden kann.

Dabei ist zur Reduzierung der Rauheit des Vertiefungsgrundes beispielsweise vorgesehen, dass der Versatz der Schneideingriffe relativ zueinander derart gering ist, dass zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes bei einer Umschlingung des Werkstücks von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 100 Schneideingriffe vorgesehen werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass sich die Umfangsfläche des Werkstücks und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur ein greifende Schneide in derselben Richtung bewegen.

Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass sich eine Umfangsfläche des Werk stücks und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur eingreifende Schneide gegenläufig zueinander bewegen, um eine möglichst große Relativ bewegung bei der Ausführung des Schneideingriffs und somit eine möglichst hohe Schnittgeschwindigkeit zu erhalten.

Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass das rotierende Werkzeug mehrere Werkzeugschneiden aufweist. Ein derartiges rotierendes Werkzeug mit mehreren Werkzeugschneiden kann entweder dazu eingesetzt werden, mehrgängige Vertiefungsstrukturen im Werkstück zu erzeugen oder ergänzend zur ersten Schneide dieselbe Vertiefungsstruktur zu bearbeiten. Die Werkzeugschneiden können dabei in unterschiedlichster Art und Weise an dem rotierenden Werkzeug eingesetzt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die mehreren Werkzeugschneiden um die Werkstückspindelachse herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.

Beim Arbeiten mit hohen Drehzahlen sowohl des Werkstücks als auch des rotierenden Werkzeugs ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Schneiden flugbahn der mindestens einen Werkzeugschneide des rotierenden Werkzeugs in einer Ebene liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse definierten Mittelebene der Vertiefungsstruktur im Bereich des Schneideingriffs zur Erzeugung der das Werkstück umschlingenden Vertiefungsstruktur in einem spitzen Winkel ausgerichtet ist, das heißt, dass die Ausrichtung der Ebene der Schneidenflugbahn des rotierenden Werkzeugs nicht mit der Mittelebene im Bereich des Schneid eingriffs zur Erzeugung der das Werkstück umschlingenden Vertiefungs struktur zusammenfällt.

Dies ist vorteilhaft, damit sich bei dem Schneideingriff in das Werkstück eine exakt definierte Form der Vertiefungsstruktur erreichen lässt.

Aus diesem Grund ist es besonders günstig, wenn ein Betrag des spitzen Winkels im Bereich von 0,5° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise im Bereich von 0,5° bis 10° und gegebenenfalls im Bereich von 0,5° bis 5° liegt, das heißt, dass der Bereich für den spitzen Winkel eine Abweichung von der mittleren Steigung sowohl in einer Richtung von der Mittelebene weg als auch in der entgegengesetzten Richtung ermöglicht.

Durch eine derartige Bestimmung des spitzen Winkels lassen sich die durch die umlaufende Schneide und das rotierende Werkstück präzise geformte Vertiefungsstrukturen erzeugen. Insbesondere ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine vorgesehen, dass zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur das rotierende Werkzeug um eine zur Zustellrichtung parallele Achse relativ zur mit der Werkstückspindelachse zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet ist und mittels der Maschinensteuerung mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug sowie eine Zustellbewegung in Richtung der Zustellachse erfolgt.

Die Ausrichtung des rotierenden Werkzeugs um die zur Zustellrichtung parallele Achse kann im einfachsten Fall durch eine manuell einstellbare Ausrichteinrichtung, beispielsweise an einem Werkzeughalter, oder durch einen insbesondere lagegeregelten, und mittels der Maschinensteuerung gesteuerten Antrieb erfolgen.

Insbesondere lassen sich die vorgehenden Relativbewegungen mit der erfindungsgemäßen Maschinensteuerung lagegeregelt durchführen.

Darüber hinaus sind auch noch durch andere Achsen, beispielsweise durch eine Y-Achse oder eine B-Achse Korrekturen der Ausrichtung des rotierenden Werkzeugs relativ zum Werkstück, insbesondere auch lagegeregelt, durch führbar.

Die erfindungsgemäße Lösung betrifft jedoch nicht nur die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem einzigen rotierenden Werkzeug.

Eine vorteilhafte, insbesondere hinsichtlich der Effizienz verbesserte Lösung sieht vor, dass ein erstes rotierendes Werkzeug und ein zweites rotierendes Werkzeug auf das Werkstück zur Erzeugung mindestens einer zusammen hängenden Vertiefungsstruktur einwirken.

Dabei können die das erste und das zweite rotierende Werkzeug in unterschiedlicher Art und Weise eingesetzt werden. Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das erste rotierende Werkzeug einen Teilbereich einer Vertiefungsstruktur und das zweite rotierende Werk zeug einen anderen Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt.

Damit lassen sich die Oberflächenqualität und auch die Geometrieverhältnisse der Vertiefungsstruktur optimieren.

Besonders günstig ist es beispielsweise wenn das erste rotierende Werkezeug eine Vorbearbeitung und das zweite rotierende Werkzeug eine Nach bearbeitung derselben Vertiefungsstruktur ausführen.

Alternativ dazu ist es denkbar, dass das erste rotierende Werkzeug einen in Richtung der Werkstückspindelachse gesehen ersten Seitenbereich und das zweite rotierende Werkzeug einen in Richtung der Werkstückspindelachse neben der ersten Seite liegenden zweiten Seitenbereich derselben Vertiefungs struktur erzeugt.

Alternativ zu dem Fall, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug und dem zweiten rotierenden Werkzeug ein und dieselbe zusammenhängende Vertiefungsstruktur erzeugt wird, sieht eine weitere vorteilhafte Lösung vor, dass das erste rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer ersten zusammen hängenden Vertiefungsstruktur und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur in Richtung der Werkstückspindelachse versetzten Vertiefungsstruktur auf das Werkstück einwirkt.

Eine derartige Bearbeitung wird insbesondere zur Herstellung mehrerer nebeneinanderliegender Vertiefungsstrukturen eingesetzt, beispielsweise beim Herstellen mehrerer Gewinde darstellender Vertiefungsstrukturen, die sich dadurch gleichzeitig und somit mit hoher Effizienz hersteilen lassen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Werk zeugmaschine, umfassend eine Werkstückspindeleinheit mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse angetriebenen Werkstückspindel, in welcher ein Werkstück um die Spindelachse drehbar aufgenommen ist und mindestens eine Werkzeugspindeleinheit mit einem mittels eines Werkzeug antriebs um eine Werkzeugspindelachse rotierend angetriebenen Werkzeug, wobei die Werkstückspindeleinheit und die Werkzeugspindeleinheit mittels einer Maschinensteuerung gesteuert angetrieben und relativ zueinander in Richtung einer Z-Achse bewegt werden.

Um bei einem derartigen Verfahren in effizienter Art und Weise in dem Werk stück hinsichtlich Form und Verlauf Variable Vertiefungskonturen herzustellen, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse umlaufend verlaufenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur an dem Werkstück das rotierende Werkzeug mindestens eine um die Werkzeugspindelachse umlaufende und eine radial außenliegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide aufweist.

Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser in vorteilhafter Weise die Vertiefungsstruktur an dem Werkstück erzeugbar ist, die dabei in ihre Querschnittsform und in ihrem Verlauf variabel ausgestaltet werden kann.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren sieht vor, dass zur Herstellung der Vertiefungsstruktur so, dass diese mit einer zweiten Verlaufskomponente sich in Richtung der Werkstückspindelachse erstreckend verläuft, eine Relativ bewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in Z-Richtung durch geführt wird, so dass mindestens eine wendelartig im Werkstück verlaufende Vertiefungsstruktur ausgebildet wird. Vorzugsweise ist hierzu die Werkzeugspindelachse des rotierenden Werkzeugs windschief zur Werkstückspindelachse ausgerichtet.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und die Drehzahl des Werkstücks bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur so gewählt werden, dass die mindestens eine Schneide Schneideingriffe in das Werkstück ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn erzeugen, die um die Werkstückspindelachse und in Richtung der Werkstückspindelachse konkav gekrümmt verläuft.

Aufgrund eines derartigen gekrümmten Verlaufs der Schneideingriffs grundbahn lässt sich die Rauheit des Vertiefungsgrundes minimieren.

Besonders günstig ist es, wenn die konkave Krümmung der Schneideingriffs grundbahn einen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes der Vertiefungsstruktur beträgt.

Weiterhin lässt sich bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur ein derart konkav gekrümmter Verlauf der Schneid eingriffsgrundbahn auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere im Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs entspricht.

Werden mehrere zusammenhängende in Richtung der Werkstückspindelachse aufeinanderfolgende Vertiefungsstrukturen gleichzeitig erzeugt, so lässt sich ein derart gekrümmter Verlauf der Schneideingriffsgrundbahn auch dadurch erreichen, dass die Drehzahl des Werkstücks im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere im Bereich des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise im Bereich des 0,95-fachen bis 1,05-fachen, noch bevorzugter im Bereich des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs multipliziert mit der Zahl der Schneiden des rotierenden Werkzeugs und dividiert durch die Zahl der mehreren Vertiefungsstrukturen entspricht.

Die vorstehend genannten Relationen zwischen der innerhalb der genannten Bereiche liegenden ausgewählten Drehzahl des Werkstücks, der Drehzahl des rotierenden Werkzeugs und der Zahl der Schneiden sowie gegebenenfalls der Zahl der Vertiefungsstrukturen, lässt sich insbesondere entweder durch eine starre mechanische oder elektronische Kopplung der Antriebe für das rotierende Werkstück und das rotierende Werkzeug erreichen, die eine exakte Einhaltung der Relation gewährleisten.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme zum Erzeugen einer derartigen konkav gekrümmten Schneideingriffsgrundbahn sieht vor, dass ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn des rotierenden Werkzeugs im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes liegt.

Darüber hinaus ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Drehzahl des Werk stücks geringfügig größer oder kleiner als ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl des Werkstücks multipliziert mit der Zahl von dessen Schneiden ist, um zu erreichen, dass aufeinanderfolgende Schneideingriffe bezogen auf die vorausgehenden Schneideingriffe in Umlaufrichtung zueinander versetzt sind und sich somit die zusammenhängende Vertiefungsstruktur in einfacher Weise erzeugen lässt.

Eine derartige geringfügige Abweichung zwischen der Drehzahl des Werk stücks beträgt vorzugsweise maximal 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, noch besser weniger als 1 %, so dass aufgrund einer derartigen geringfügigen Abweichung der angestrebte Winkelversatz der aufeinanderfolgenden Schneid eingriffe erreichbar ist. Mit einer derartigen geringfügigen Abweichung der Drehzahl des Werkstücks wird vorteilhafterweise erreicht, dass beim Erzeugen eines zusammen hängenden Vertiefungsgrundes einer Vertiefungsstruktur mittels einander überlappenden Schneideingriffen ein nächstfolgender Schneideingriff zum vorhergehenden Schneideingriff um einen Winkel bezüglich der Werkstück spindelachse versetzt erfolgt, so dass die Vertiefungsstruktur durch aufeinanderfolgende Schneideingriffe erzeugt wird, die relativ zueinander jeweils einen Winkelversatz aufweisen und dadurch eine zusammenhängende Vertiefungsstruktur, die insbesondere das Werkstück umschlingend verläuft, ausgebildet werden kann.

Dabei ist zur Reduzierung der Rauheit des Vertiefungsgrundes beispielsweise vorgesehen, dass der Versatz der Schneideingriffe relativ zueinander derart gering ist, dass zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes bei einer Umschlingung des Werkstücks von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 100 Schneideingriffe vorgesehen werden.

Prinzipiell kann im Rahmen der Erfindung die Bewegung der Schneide und die Bewegung der Umfangsfläche des Werkstücks in derselben Richtung verlaufen.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn sich eine Umfangfläche des Werk stücks und die in diese bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur eingreifende Schneide gegenläufig zueinander bewegen, da damit eine vorteilhaft hohe Schnittgeschwindigkeit erreichbar ist.

Eine weitere Effizienzsteigerung lässt sich dadurch erreichen, dass das rotierende Werkzeug mehrere Werkzeugschneiden aufweist.

Vorzugsweise sind diese mehreren Werkzeugschneiden um die Werkzeug spindelachse herum mit identischen Winkelständen zueinander angeordnet. Um insbesondere bei hohen Drehzahlen des Werkstücks und des Werkzeugs einen Schneideingriff zu erhalten, der relativ zu der zu erzeugenden Vertiefungsstruktur einen optimalen Verlauf aufweist, ist vorgesehen, dass die Schneidenflugbahn der mindestens einen Schneide des rotierenden Werkzeugs in einer Ebene liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse definierten Mittelebene der Vertiefungsstruktur im Bereich des Schneideingriffs zur Erzeugung der das Werkstück umschlingenden Vertiefungsstruktur in einem spitzen Winkel ausgerichtet wird.

Damit besteht die Möglichkeit, den einer optimalen Formgebung der Vertiefungsstruktur Rechnung zu tragen.

Besonders günstig ist es, wenn ein Betrag des eine Abweichung von der Mittel ebene auch in entgegengesetzten Richtungen vorgebenden spitzen Winkels im Bereich von 0,5° bis 20°, vorzugsweise im Bereich von 0,5° bis 10° und noch bevorzugter im Bereich von 0,5° bis 5° liegt.

Darüber hinaus ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens vorgesehen, dass zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur das rotierende Werkzeug um eine zur Zustellrichtung parallele Achse relativ zur mit der Werkstückspindelachse zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet wird und mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug sowie eine Zustellbewegung in Richtung der Zustellachse durchgeführt wird.

Die Durchführung der erforderlichen Bewegungen wird vorzugsweise lage geregelt durchgeführt, wobei gegebenenfalls zu weiteren Korrekturen der Ausrichtung des rotierenden Werkzeugs relativ zur mit der Werkstück spindelachse zusammenfallenden Z-Achse noch Korrekturen in Richtung der Y-Achse und der B-Achse vorzugsweise auch lagegeregelt durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht auf den Einsatz eines einzigen rotierenden Werkzeugs zur Bearbeitung des Werkstücks.

Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass ein erstes rotierendes Werkzeug und ein zweites rotierendes Werkzeug auf das Werkstück zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur einwirken.

In diesem Zusammenhang sind unterschiedlichste Varianten denkbar.

Bei einer Variante ist vorgesehen, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug ein Teilbereich einer Vertiefungsstruktur und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug ein anderer Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt wird.

Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug eine Vorbearbeitung und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur ausgeführt wird, so dass sich dadurch die Bearbeitungsmöglichkeiten der Vertiefungs struktur optimieren lassen.

Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass mit dem ersten rotierenden Werkzeug ein in Richtung der Werkstückspindelachse gesehen erster Seiten bereich und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug ein in Richtung der Werk stückspindelachse neben dem ersten Seitenbereich liegender zweiter Seiten bereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt wird, so dass sich dadurch die Möglichkeiten zur Bearbeitung und somit zur Formgebung der Vertiefungs struktur optimieren lassen.

Alternativ dazu sieht eine weitere vorteilhafte Lösung vor, dass das erste rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer ersten Zusammenhängenden Vertiefungsstruktur und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden relativ zur ersten Vertiefungsstruktur in Richtung der Werkstückspindelachse versetzt angeordneten Vertiefungs struktur auf das Werkzeug einwirkt. Damit lassen sich gleichzeitig zwei jeweils zusammenhängende Vertiefungs strukturen gleichzeitig hersteilen und somit die Bearbeitungszeit für das Werk stück optimieren.

Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungs formen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen:

1. Werkzeugmaschine umfassend ein Maschinengestell (10), eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkstückspindeleinheit (40) mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse (46) angetriebenen Werk stückspindel (44), in welcher ein Werkstück (W) um die Spindelachse (46) drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine an dem Maschinengestell (10) angeordnete Werkzeugspindeleinheit (90) mit einem mittels eines Werkzeug antriebs um eine Werkzeugspindelachse (96) rotierend angetriebenen Werk zeug (98), wobei die Werkstückspindeleinheit (40) und die Werkzeug spindeleinheit (90) mittels einer Maschinensteuerung (120) gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegbar sind, wobei zur Herstellung mindestens einer mit einer ersten Verlaufskomponente um die Werkstückspindelachse (46) umlaufenden verlaufenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) an dem Werkstück (W) das rotierende Werkzeug (98) mindestens eine um die Werkzeug spindelachse (96) umlaufende und radial außenliegende sowie radial außen liegend wirksame Schneide (Sl) aufweist.

2. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 1, wobei zur Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so, dass diese mit einer zweiten Verlaufskomponente sich in Richtung der Werkstückspindelachse (46) erstreckend verläuft, eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (98) in Z-Richtung (Z) erfolgt. 3. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei die Werk zeugspindelachse (96) des rotierenden Werkzeugs (98) windschief zur Werkstückspindelachse (46) des Werkstücks (W) ausgerichtet ist.

4. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) und die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so gewählt sind, dass die mindestens eine Schneide (Sl) Schneideingriffe (SE) in das Werkstück (W) ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn (SEG) erzeugen, die um die Werkstückspindelachse (46) und in Richtung der Werkstückspindelachse (46) konkav gekrümmt verläuft.

5. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Krümmung der Schneideingriffsgrundbahn (SEG) einen Krümmungs radius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache, und vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes (VG) der Vertiefungsstruktur (V) beträgt.

6. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen oder noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03- fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) liegt. 7. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei bei der gleichzeitigen Erzeugung von mehreren in Richtung der Werk stückspindelachse (46) aufeinanderfolgend angeordneten Vertiefungs strukturen (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen oder noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) und dividiert durch die Zahl der aufeinander folgend angeordneten Vertiefungsstrukturen (V) entspricht.

8. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn (SF) des rotierenden Werk zeugs (98) im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen, eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes (VG) liegt.

9. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes (VG) bei einer Umschlingung des Werkstücks (W) mit einem Umschlingungswinkel von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50, Schneideingriffe (SE) erfolgen.

10. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei sich eine Umfangsfläche (U) des Werkstücks (W) und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) eingreifende Schneide (Sl) gegenläufig zueinander bewegen.

11. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das rotierende Werkzeug (98) mehrere Werkzeugschneiden (S) auf weist. 12. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 10, wobei die mehreren Werk zeugschneiden (S) um die Werkzeugspindelachse (96) herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.

13. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei eine Schneidenflugbahn (SF) der mindestens einen Werkzeugschneide (S) des rotierenden Werkzeugs (98) in einer Ebene (SFE) liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse (46) definierten Mittelebene (ME) der Vertiefungsstruktur (V) im Bereich des Schneideneingriffs (SE) zur Erzeugung der das Werkstück (W) umschlingenden Vertiefungsstruktur (V) in einem spitzen Winkel (e) ausgerichtet ist.

14. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 13, wobei ein Betrag des spitzen Winkels (e) im Bereich von 0,5° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise 0,5° bis 10° und noch bevorzugter 0,5° bis 5° liegt.

15. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) das rotierende Werkzeug (98) um eine zur Zustellachse (X) parallele Achse (A) relativ zur mit der Werkstückspindelachse (46) zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet ist und mittels der Maschinensteuerung (120) mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (Z) sowie eine Zustellbewegung in Richtung der Zustellachse erfolgt.

16. Werkzeugmaschine nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei ein erstes rotierendes Werkzeug (98i) und ein zweites rotierendes Werkzeug (982) auf das Werkstück (W) zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) einwirken.

17. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 16, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) einen Teilbereich einer Vertiefungsstruktur (V) und das zweite rotierende Werkzeug (982) einen anderen Teilbereich derselben Vertiefungs struktur (V) erzeugt. 18. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 17, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) eine Vorbearbeitung und das zweite rotierende Werkzeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur (V) ausführt.

19. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 16 oder 17, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) einen in Richtung der Werkstückspindelachse (46) gesehen ersten Seitenbereich und das zweite rotierende Werkzeug (982) einen in Richtung der Werkstückspindelachse (46) neben dem ersten Seitenbereich liegenden zweiten Seitenbereich derselben Vertiefungsstruktur erzeugt.

20. Werkzeugmaschine nach Ausführungsform 15 oder 16, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) zur Erzeugung einer ersten zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (Vi) und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur (Vi) in Richtung der Werkstückspindelachse (46) versetzten Vertiefungs struktur (V2) auf das Werkstück (W) einwirkt.

21. Verfahren zum Betreiben einer Werkzeugmaschine, umfassend eine Werkstückspindeleinheit (40) mit einer durch einen Spindelantrieb um eine Spindelachse (46) angetriebenen Werkstückspindel (44), in welcher ein Werkstück (W) um die Spindelachse (46) drehbar aufgenommen ist, und mindestens eine Werkzeugspindeleinheit (90) mit einem mittels eines Werkzeugantriebs um eine Werkzeugspindelachse (96) rotierend angetriebenen Werkzeug (98), wobei die Werkstückspindeleinheit (40) und die Werkzeugspindeleinheit (90) mittels einer Maschinensteuerung (120) gesteuert angetrieben und relativ zueinander mindestens in Richtung einer Z-Achse bewegt werden, wobei zur Herstellung einer mit einer ersten Verlaufs komponente um die Werkstückspindelachse (46) umlaufenden Vertiefungs struktur (V) an dem Werkstück (W) das rotierende Werkzeug (98) mindestens eine um die Werkzeugspindelachse (96) umlaufende und eine radial außen liegende sowie radial außenliegend wirksame Schneide (Sl) aufweist. 22. Verfahren nach Ausführungsform 21, wobei zur Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so, dass diese sich mit einer zweiten Verlaufs komponente in Richtung der Werkstückspindelachse (46) erstreckend verläuft, eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (98) in Z-Richtung erfolgt.

23. Verfahren nach Ausführungsform 21 oder 22, wobei die Werkzeug spindelachse (96) des rotierenden Werkzeugs (98) windschief zur Werkstückspindelachse (46) des Werkstücks (W) ausgerichtet wird.

24. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 23, wobei die Dreh zahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) und die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) bei der Herstellung der Vertiefungsstruktur (V) so gewählt werden, dass die mindestens eine Schneide (Sl) Schneideingriffe (SE) in das Werkstück (W) ausführt, die eine Schneideingriffsgrundbahn (SEG) erzeugen, die um die Werkstückspindelachse (46) und in Richtung der Werkstück spindelachse (46) konkav gekrümmt verläuft.

25. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 24, wobei die Krümmung der konkaven Schneideingriffsgrundbahn (SEG) einen maximalen Krümmungsradius aufweist, der maximal das 10-fache, insbesondere maximal das 5-fache und vorzugsweise maximal das 3-fache eines Krümmungsradius eines Vertiefungsgrundes (VG) der Vertiefungsstruktur (V) beträgt.

26. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 25, wobei bei der Erzeugung einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen und noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) liegt. 27. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 26, wobei bei der gleichzeitigen Erzeugung von mehreren in Richtung der Werkstück spindelachse (46) aufeinanderfolgend angeordnete Vertiefungsstrukturen (V) die Drehzahl (NDW) des Werkstücks (W) im Bereich des 0,8-fachen bis 1,2-fachen, insbesondere des 0,9-fachen bis 1,1-fachen, vorzugsweise des 0,95-fachen bis 1,05-fachen und noch bevorzugter des 0,97-fachen bis 1,03-fachen eines ganzzahligen Vielfachen der Drehzahl (NDS) des rotierenden Werkzeugs (98) multipliziert mit der Zahl der Schneiden (S) des rotierenden Werkzeugs (98) dividiert durch die Zahl der aufeinanderfolgend angeordneten Vertiefungsstrukturen entspricht.

28. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 27, wobei ein Durchmesser einer Schneidenflugbahn (SF) des rotierenden Werkzeugs (98) im Bereich vom 60-fachen bis 0,1-fachen, insbesondere im Bereich vom 30-fachen bis 0,1-fachen, eines Durchmessers des zu erreichenden Vertiefungsgrundes (VG) liegt.

29. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen 21 bis 28, wobei zur Erzeugung eines zusammenhängenden Vertiefungsgrundes (VG) bei einer Umschlingung des Werkstücks (W) mit einem Umschlingungswinkel von 360° mindestens 10, besser mindestens 30, insbesondere mindestens 50, Schneideingriffe (SE) erfolgen.

30. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 29, wobei sich eine Umfangsfläche (U) des Werkstücks (W) und die in diese bei der Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) eingreifende Schneide (Sl) gegenläufig zueinander bewegen.

31. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 30, wobei das rotierende Werkzeug (98) mehrere Werkzeugschneiden (S) aufweist. 32. Verfahren nach Ausführungsformen 31, wobei die mehreren Werkzeug schneiden (S) um die Werkzeugspindelachse (96) herum in identischen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.

33. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 32, wobei eine Schneidenflugbahn (SF) der mindestens einen Werkzeugschneide (S) des rotierenden Werkzeugs (98) in einer Ebene (SFE) liegt, die relativ zu einer durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse (46) definierten Mittelebene (ME) der Vertiefungsstruktur (V) im Bereich des Schneideneingriffs (SE) zur Erzeugung der das Werkstück (W) umschlingenden Vertiefungsstruktur (V) in einem spitzen Winkel (e) ausgerichtet wird.

34. Verfahren nach Ausführungsform 33, wobei ein Betrag des spitzen Winkels (e) im Bereich von 0,50° bis 30°, insbesondere 0,5° bis 20°, vorzugsweise 0,5° bis 10° und noch bevorzugter 0,5° bis 5° liegt.

35. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 21 bis 34, wobei zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur (V) das rotierende Werkzeug (98) um eine zur Zustellachse (X) parallele Achse (A) relativ zur mit der Werkstückspindel achse (46) zusammenfallenden Z-Achse ausgerichtet wird und mindestens in Richtung der Z-Achse eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (W) und dem Werkzeug (Z) sowie eine Zustellbewegung in Richtung der X-Achse erfolgt.

36. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei ein erstes rotierendes Werkzeug (98i) und ein zweites rotierendes Werkzeug (982) auf das Werkstück (W) zur Erzeugung mindestens einer zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (V) einwirken.

37. Verfahren nach Ausführungsform 36, wobei mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) ein Teilbereich einer Vertiefungsstruktur (V) und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug (982) ein anderer Teilbereich derselben Vertiefungsstruktur (V) erzeugt wird. 38. Verfahren nach Ausführungsform 37, wobei mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) eine Vorbearbeitung und mit dem zweiten rotierenden Werk zeug eine Nachbearbeitung derselben Vertiefungsstruktur (V) ausgeführt wird.

39. Verfahren nach Ausführungsform 36 oder 37, wobei mit dem ersten rotierenden Werkzeug (98i) ein in Richtung der Werkstückspindelachse (46) gesehen erster Seitenbereich und mit dem zweiten rotierenden Werkzeug (982) ein in Richtung der Werkstückspindelachse (46) neben dem ersten Seitenbereich liegenden zweiter Seitenbereich derselben Vertiefungsstruktur (V) erzeugt wird.

40. Verfahren nach Ausführungsform 36, wobei das erste rotierende Werkzeug (98i) zur Erzeugung einer ersten zusammenhängenden Vertiefungsstruktur (Vi) und das zweite rotierende Werkzeug zur Erzeugung einer zweiten zusammenhängenden und relativ zur ersten Vertiefungsstruktur (Vi) in Richtung der Werkstückspindelachse (46) versetzt angeordneten Vertiefungs struktur (V2) auf das Werkstück (W) einwirkt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach folgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeug maschine für die erfindungsgemäße Lösung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Werkzeugmaschine gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeils A; Fig. 3 eine Darstellung einer Schneidenflugbahn eines Werkzeugs mit einer Schneide und eines Querschnitts durch ein Werkstück im Bereich eines durchzuführenden Schneideingriffs;

Fig. 4 eine Darstellung der relativen Positionen der Schneide des bis Werkzeugs und des Werkstücks bei der einer sukzessiven Drehung

Fig. 13 von Werkzeug und Werkstück;

Fig. 14 eine Darstellung eines Schneideingriffs der Schneide in das bis Werkstück mit sukzessiver Darstellung der einzelnen

Fig. 16 Winkelstellungen;

Fig. 17 eine Darstellung der einzelnen Winkelstellungen von Werkzeug und bis Werkstück nach Durchführung des Schneideingriffs bis zum

Fig. 27 Erreichen der Ausgangsposition gemäß Fig. 3;

Fig. 28 eine Darstellung einer windschiefen Ausrichtung einer Werk zeugspindelachse relativ zu einer Werkstückspindelachse unter Berücksichtigung der durch die Drehzahl des Werkstücks bedingten Umfangsgeschwindigkeit desselben und durch die Rotation des Werkzeugs bedingten Geschwindigkeit der Schneide beim Schneideingriff und der daraus resultierenden Schneideingriffs geschwindigkeit bei der Durchführung des Schneideingriffs;

Fig. 29 eine Darstellung eines erfindungsgemäß bearbeiteten Werkstücks;

Fig. 30 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Berichts B in Fig. 29;

Fig. 31 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lösung; Fig. 32 eine Darstellung der mit dem zweiten Ausführungsbeispiel erzeugten Vertiefungsstruktur im Werkzeug;

Fig. 33 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 34 eine Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels im Querschnitt;

Fig. 35 eine Draufsicht in Richtung der Linien 35-35 in Fig. 34;

Fig. 36 einen Längsschnitt bei einer Bearbeitung einer Vertiefungsstruktur in zwei Schritten;

Fig. 37 einen Längsschnitt bei einer Bearbeitung einer Vertiefungsstruktur auf zwei Seiten;

Fig. 38 eine Draufsicht auf eine Bearbeitung von zwei Vertiefungs strukturen;

Fig. 39 eine Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 40 eine Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels im Querschnitt und

Fig. 41 einen Schnitt längs Linie 41-41 in Fig. 40.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, dargestellt in Fig. 1 und 2 umfasst ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Maschinengestell, mit einer Gestellbasis 12, welche mit ihrer Unterseite 14 auf einer Standfläche 16 ruht und einem sich über der Gestellbasis 12 erhebenden Maschinenbettkörper 18. An einer Frontseite 22 des Maschinenbettkörpers 18 ist, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ein Grundkörper 24 mit parallel zueinander angeordneten Schlittenführungen 26, 28 angeordnet, die sich parallel zu einer Z-Richtung der Werkzeugmaschine erstrecken und auf denen ein Spindelschlitten 32 geführt ist, der eine als Ganzes mit 40 bezeichnete Werkstückspindeleinheit trägt, die ein Werkstückspindelgehäuse 42 umfasst, in welchem eine Werk stückspindel 44 um eine Werkstückspindelachse 46 drehbar gelagert und von einem Spindelmotor angetrieben ist.

Vorzugsweise verläuft die Werkstückspindelachse 46 parallel zu den Schlitten führungen 26, 28 und außerdem beispielsweise im Wesentlichen in horizontaler Richtung.

Durch die auf dem Grundkörper 24 sitzenden Schlittenführungen 26 und 28 ist somit die Werkstückspindeleinheit 40 in Richtung parallel zur Werkstück spindelachse 46 und somit in der Z-Richtung relativ zum Maschinenbettkörper 18 bewegbar.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ist der Maschinenbettkörper 18 beispielsweise säulenartig ausgebildet und an diesem ist zusätzlich zur Werkstückspindel einheit 40 eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Werkzeugträgereinheit angeordnet, die einen Werkzeugträger 52 aufweist, der mittels eines Führungsarms 54 an einer Werkzeugträgerbasis 56 gelagert ist.

Die Werkzeugträgerbasis 56 weist vorzugsweise eine Längs- und Drehführung 58 auf, in welcher der Führungsarm 54 um seine Längsachse 62 drehbar und in Richtung seiner Längsachse 62 verschiebbar ist.

Dabei verläuft die Längsachse 62 senkrecht zur Z-Richtung und somit auch senkrecht zur Werkstückspindelachse 46 und beispielsweise ebenfalls in horizontaler Richtung, und stellt eine Y-Achse der Werkzeugmaschine dar. Die Werkzeugträgerbasis 56 sitzt ihrerseits auf einem Werkzeugträgerschlitten 72, der mittels Schlittenführungen 74 und 76 an dem Maschinenbettkörper 18, vorzugsweise auf einer quer, insbesondere senkrecht, zur Frontseite 34 verlaufenden Querseite 78 geführt ist.

Dabei verlaufen die Schlittenführungen 74 und 76 vorzugsweise parallel zu einer X-Achse, die ihrerseits senkrecht zur Z und Y-Achse und somit senkrecht zur Werkstückspindelachse 46 und zur Längsachse 62 des Führungsarms 54 verläuft.

Zum Ausführen der Bewegungen des Führungsarms 54 und somit der Bewegungen des Werkzeugträgers 52 längs der Y-Achse und der Dreh bewegungen um die Y-Achse, das heißt insbesondere der B-Achse, ist der Werkzeugträgerschlitten 72 mit einer als Ganzes mit 82 bezeichneten Antriebseinheit versehen, deren Gehäuse 84 mit dem Werkzeugträgerschlitten 72 verbunden ist und welche in der Lage ist, den Führungsarm 54 lagegeregelt in Richtung der Y-Richtung zu verschieben und lagegeregelt um die B-Achse zu drehen.

Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist an dem Werkzeugträger 52 eine Werkzeugspindeleinheit 90 gelagert, in deren Werkzeugspindel Gehäuse 92 eine Werkzeugspindel 94 um eine Werkzeugspindelachse 96 rotierend antreibbar ist, wobei die Werkzeugspindel 94 ein rotierendes Werkzeug 98 trägt.

Die Werkzeugspindeleinheit 90 ist dabei als Ganzes an einer Werkzeugspindel lagereinheit 100 um eine eine A-Achse darstellende Achse 102 und zur X-Richtung als Zustellrichtung für das Werkzeug 98 lagegeregelt verschwenk- bar gelagert, die senkrecht zur Werkzeugspindelachse 96 und vorzugsweise auch senkrecht zur Achse 62 und somit senkrecht zur B-Achse verläuft. Insbesondere ist zur lagegeregelten Positionierung der Werkzeugspindeleinheit 90 um die A-Achse eine Antriebseinheit 104 an der Werkzeugspindellager einheit 100 des Werkzeugträgers 52 vorgesehen.

Alternativ dazu ist es bei einer vereinfachten Lösung möglich, die Dreh ausrichtung der Werkzeugspindeleinheit 90 bezüglich der A-Achse durch eine mechanische Feststelleinrichtung vorzunehmen.

Außerdem umfasst die Werkzeugmaschine eine Steuerung 120, mittels welcher die Werkstückspindel 44 und die Werkzeugspindel 94 mit exakt definierbaren Drehzahlen, wobei die Drehzahlen relativ zueinander konstant oder variabel gekoppelt sind, antreibbar und das Werkstück W sowie das mindestens eine Werkzeug 98 relativ zueinander durch Ansteuerung der X, Y, Z, B und A-Achse lagegeregelt positionierbar sind.

Zur Herstellung einer sich in das Werkstück W ausgehend von einer Umfangs fläche U, insbesondere ausgehend von einer rotationssymmetrisch zur Werk stückspindelachse 46 verlaufenden Umfangsfläche U, sich in das Werkstück vertiefend hinein erstreckenden zusammenhängenden Vertiefungsstruktur V ist, wie in den Fig. 3 bis 28 dargestellt, das um die Werkzeugspindelachse 96 rotierend angetriebene Werkzeug 98 mit mindestens einer Schneide S1 versehen, welche sich durch das Antreiben des Werkzeugs 98 mittels der Werkzeugspindeleinheit 90 auf einer Schneidenflugbahn SF um die Werk zeugspindelachse 94 mit einer Drehrichtung DS bewegt, wobei die Schneiden flugbahn SF relativ zum Werkstück W so angeordnet ist, dass diese zur Herstellung der Vertiefungsstruktur V in die Umfangsfläche U des Werkstücks W bis zu einem in einem definierten radialen Abstand von der Werkstückachse 46 verlaufenden Vertiefungsgrund VG eintaucht.

Ferner ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Erzeugung der Vertiefungsstruktur V auch das Werkstück W mit einer Drehrichtung DW rotierend um die Werkstückspindelachse 46 angetrieben, deren Drehsinn der Drehrichtung DS entspricht. Es ist aber auch möglich, dass die Drehrichtungen DW und DS mit entgegen gesetztem Drehsinn zueinander verlaufen.

In der in Fig. 3 dargestellten Stellung der Schneide S1 ist diese in einer dem Werkstück W maximal abgewandten Stellung. Betrachtet man ausgehend von dieser Stellung einen ausgewählten auf dem Werkstück W fest angeordneten, dem Werkzeug 98 maximal zugewandten Punkt P, so führt, wie in Fig. 4 dargestellt, eine Drehung des rotierenden Werkzeugs 98 mit der Drehzahl NDS und eine gleichzeitige Drehung des Werkstücks W mit der Drehzahl NDW = 2NDS, betrachtet ausgehend von dem Punkt P auf dem Werkstück W, zu einer Bewegung der Schneide S1 auf einer Bewegungsbahn B, die von dem Punkt P wegzuführen scheint.

Eine weitere Drehung des Werkstücks W um die Achse 46 in Drehrichtung DW lässt die Bewegung der Schneide S1 auf der Schneidenflugbahn SF so erscheinen, als ob sich die Schneide S1 zusehends von dem Punkt P weg bewegt. Dies setzt sich fort bei einer weiteren Drehung des Werkstücks W um die Werkstückspindelachse 46, bis sich der Punkt P wieder der Schneidenflug bahn SF nähert, und, wie in Fig. 14 dargestellt, die Schneide S1 auf der Schneidenflugbahn SF beginnt in die Umfangsfläche U des Werkstücks einzudringen, wobei sich bei dieser Bewegung die Schneide S1 und der Punkt P gegenläufig zueinander bewegen.

Wie sich aus der Verlaufsdarstellung der Bahn B in Fig. 14 bis 16 ergibt, führt die Schneide S1 einen Schneideingriff SE in das Werkstück W durch, welcher sich bogenförmig um die Werkstückspindelachse 46 über einen Winkelbereich 7 erstreckt, dessen Ausdehnung durch das Eindringen der Schneide S1 in die

Umfangsfläche U des Werkstücks W gemäß Fig. 14 und das Austreten der Schneide S1 aus dem Werkstück W durch die Umfangsfläche U gemäß Fig. 16 definiert ist, wobei sich der Schneideingriff SE von einem sich über den Winkelbereich y erstreckenden Umfangsabschnitt UA der Umfangsfläche U in radialer Richtung zur Werkstückspindelachse 46 bis zu einer ebenfalls um die Werkstückspindelachse 46 konkav gebogen verlaufendem und in dem geringsten Abstand von der Werkstückspindelachse 46 verlaufenden Schneideingriffsgrundbahn SEG erstreckt, welche den Vertiefungsgrund VG der Vertiefungsstruktur V tangiert.

Nach dem Austritt aus dem Werkstück W bewegt sich die Schneide S1 wiederum auf der Schneidenflugbahn SF gemäß den Fig. 17 bis 27 bis in die der Fig. 3 entsprechende Stellung, in welcher sowohl der Punkt P des Werk stücks W als auch die Schneide S1 wieder in derselben Stellung relativ zueinander stehen.

Wie sich aus Fig. 27 ergibt, liegt in dieser Stellung der durch den Schneid eingriff SE mit der Schneide S1 bearbeitete Abschnitt der Vertiefungsstruktur V auf der der Schneide S1 zugewandten Seite des Werkstücks W.

Bei den in Fig. 3 bis Fig. 27 dargestellten Rotationsbewegungen des Werk stücks W mit der Drehzahl NDW und der Schneide S1 auf der Schneidenflug bahn SF mit der Drehzahl NDS hat sich das Werkstück W mit der Drehzahl NDW gedreht, die exakt dem zweifachen der Drehzahl NDS entspricht.

Damit beim nächsten Umlauf der Schneide S1 auf der Schneidenflugbahn SF der Schneideingriffs SE das Werkstück W an nicht genau derselben Stelle erfolgt, sondern ein gegenüber dem Schneideingriff SE um einen Winkel d bezüglich der Werkstückspindelachse 46 versetzter Schneideingriff SE erzeugt wird, dürfen die Drehzahlen NDW und NDS nicht um ein ganzzahliges Viel faches verschieden sein, sondern sie müssen von einem Drehzahlverhältnis, welches sich aus der Anzahl der Schneiden S ergibt, geringfügig abweichen, um in einem Winkel d gegenüber dem jeweils vorausgehenden Schneideingriff

SE jeweils weitere versetzte Schneideingriffe SE in dem Werkstück W zu erzeugen und somit beispielsweise eine um das Werkstück W umlaufende bis zum Vertiefungsgrund VG verlaufende zusammenhängende Vertiefungs struktur V zu erzeugen, die ohne Vorschub in Z-Richtung allerdings einer Nut entspricht. Vorzugsweise werden die Drehzahlen NDW und NDS so gewählt, dass beim Schneideingriff SE und somit beim Herausschneiden des Materials aus dem Werkstück W für das Material des Werkstücks W und das Material der Schneide S1 geeignete Schnittgeschwindigkeiten erzielt werden.

Beispielsweise ist die Drehzahl NDW abhängig von einem Durchmesser des Werkstücks W so gewählt, dass Umfangsgeschwindigkeiten des Werkstücks bei Werten von größer 20 Meter/Minute liegen.

Insbesondere wird beispielsweise die Drehzahl NDW des Werkstücks W so groß gewählt, dass parallel zu der Bearbeitung mit der auf der Schneidenflugbahn SF umlaufenden Schneide S1 auch eine konventionelle Bearbeitung einer Oberfläche des Werkstücks W mit einer stehenden Schneide gemäß einer konventionellen Drehbearbeitung und/oder Bohrbearbeitung durchgeführt werden kann.

Um nun mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine um die Werkstück spindelachse 46 umlaufende zusammenhängende Vertiefungsstrukturen V erzeugen zu können, die beispielsweise gewinde- oder Schnecken- oder schraubenähnlich verlaufen und somit eine erste Verlaufskomponente in Umlaufrichtung um die Werkstückspindelachse 46 und eine zweite Verlaufs komponente in Z-Richtung aufweisen, erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück W und dem rotierenden Werkzeug 96 mit der sich auf der Schneidenflugbahn SF bewegenden Schneide S1 in Z-Richtung, beispielsweise mit einer Vorschubgeschwindigkeit, die dafür Sorge trägt, dass die in diesem Fall das Werkstück W umschlingende Vertiefungsstruktur V nach einer Umschlingung des Werkstücks W mit einem Umschlingungswinkel von 360° die vorgesehene Steigungshöhe SH in Z-Richtung erreicht hat und außerdem durch ausreichend viele Schneideingriffe SE mit einem Winkelversatz d um die

Werkstückspindelachse 46 zueinander erfolgen. Beispielsweise wird eine Vertiefungsstruktur V, bis zum Erreichen eines Umschlingungswinkels von 360° durch 100 oder mehr Schneideingriffe SE gebildet.

Je größer die Zahl der Schneideingriffe SE bis zum Erreichen eines Umschlingungswinkels von 360° gewählt wird, desto geringer ist die sich ausbildende Rauheit des Vertiefungsgrundes VG.

Ferner ist bei einem Vorschub in Z-Richtung zu berücksichtigen, dass, wie in Fig. 28 dargestellt, bei einer möglichst präzisen Bearbeitung der Form der Vertiefungsstruktur V die Schneidenflugbahn SF der Schneide Sl, in einer Ebene SFE verlaufen sollte, die relativ zu einer insbesondere durch eine mittlere Steigung bezüglich der Werkstückspindelachse 46 definierten Mittel ebene ME im Bereich des Schneideingriffs SE zur Erzeugung der Vertiefungs struktur V in einem spitzen Winkel e verläuft.

Dies setzt jedoch voraus, dass wie in Fig. 28 dargestellt, durch eine lage geregelte Drehung der Werkzeugspindeleinheit 90 um die A-Achse 102 die Spindelachse 96 der Werkzeugspindeleinheit 90 nicht nur entsprechend dem vorgesehenen Verlauf der Vertiefungsstruktur V, sondern auch unter Berücksichtigung des spitzen Winkels e windschief zur Werkstückspindelachse 46 ausgerichtet wird.

Mit einer Werkzeugmaschine gemäß dem voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel lassen sich somit, Vertiefungsstrukturen V entsprechend üblichen Normgewinden erzeugen und es lassen sich auch neben üblichen Normgewinden, wie beispielsweise in Fig. 29 dargestellt, in die Werkstücke W Vertiefungsstrukturen V einarbeiten, die gewindeähnlich sind, jedoch von üblichen Normgewinden abweichen können.

Derartige Vertiefungsstrukturen V weisen beispielsweise durch die erzeugte Vertiefungsstruktur V getrennte Stege ST auf, die bezogen auf senkrecht zur Werkstückspindelachse 46 verlaufende Referenzebenen E unterschiedliche Profilwinkel a und ß aufweisen und, wie in Fig. 30 erkennbar, eine in einer Richtung längs der Werkstückspindelachse 46 variierende Stegbreite e, wobei gleichzeitig ein Vertiefungsgrund VG beispielsweise bei zunehmender Steg breite e ebenfalls einen zunehmenden Abstand von der Werkstückspindelachse 46 aufweist.

Ferner kann eine Steigungshöhe SH, die den Abstand der Stege ST nach einem Umschlingungswinkel von 360° definiert, ebenfalls variieren.

Die exemplarisch in den Fig. 29 und 30 beschriebenen Variationen der Vertiefungsstruktur V lassen sich einerseits durch geeignete Ausbildung einer Querschnittsform der Schneide S1 in einer durch die Werkstückspindelachse 46 verlaufende Ebene und außerdem eine variierende Zustellung des Werk zeugs 98 in X-Richtung erreichen.

Soll beispielsweise zusätzlich noch die Steigungshöhe SH variieren, so ist auch die windschiefe Ausrichtung der Werkzeugspindelachse 96 relativ zur Werk stückspindelachse 46 durch Drehen der Werkzeugspindeleinheit 90 um die A-Achse während des Vorschubs in Z-Richtung zu variieren.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 31, ist das rotierende Werkzeug 98' mit zwei bezüglich der Werkzeugspindelachse 96 einander gegenüberliegenden Schneiden S1 und S2 versehen.

Bei einem derartigen Werkzeug 98' erfolgt bei, wie in Fig. 32 dargestellt, aufgrund des Vorschubs in Z-Richtung ein Schneideingriff SEI und SE2 alternierend, wobei die Schneidengriffe SEI und SE2 in Umfangsrichtung versetzt zueinander erfolgen, so dass gleichzeitig zwei in Richtung der Werk stückspindelachse 46 und somit auch in Z-Richtung relativ zueinander versetzte jeweils zusammenhängende Vertiefungsstrukturen V entstehen, die beispielsweise ein mehrgängiges Gewinde ergeben, wie in Fig. 32 dargestellt. Damit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine in einfacher Weise durch Vergrößerung der Zahl der Schneiden S des rotierenden Werk zeugs 98, beispielsweise wie beim Werkzeug 98', gleichzeitig mehrere Vertiefungsstrukturen mit gegebenenfalls definierbaren Konturen hersteilen.

Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bei welchem lediglich ein rotierendes Werkzeug 98 zum Einsatz an einem Werkstück W kommt, besteht auch die Möglichkeit, bei einem dritten Ausführungsbeispiel durch Vorsehen von zwei Werkzeugspindeleinheiten 90 mit zwei rotierenden Werk zeugen 98i und 982 zu arbeiten, wie in Fig. 33 bis 35 dargestellt, wobei in diesem Fall die Werkzeugspindelachsen 96i und 962 in entgegengesetzten Richtungen windschief zur Werkstückspindelachse 46 ausgerichtet sind, wie in Fig. 33 und 35 dargestellt.

Mit den zwei rotierenden Werkzeugen 98i und 982 besteht beispielsweise die Möglichkeit, ein und dieselbe zusammenhängende Vertiefungsstruktur V zu bearbeiten, wobei das erste Werkzeug 98i eine Vorbearbeitung, beispielsweise in der Art eines Schruppens, und das zweite Werkzeug 982 eine Nach bearbeitung, beispielsweise eine Feinbearbeitung in der Art eines Schlichtens, ausführt, wie in Fig. 36 dargestellt.

Alternativ dazu kann das erste Werkzeug 98i ein und dieselbe Vertiefungs struktur V in Richtung der Werkstückspindelachse 46 gesehen primär auf einer Seite bearbeiten und das zweite Werkzeug 982 kann dieselbe Vertiefungs struktur V auf der gegenüberliegenden Seite bearbeiten, so dass sich die Formgebung der Vertiefungsstruktur V variabel gestalten lässt, wie in Fig. 37 dargestellt.

Mit zwei rotierenden Werkzeugen 98i und 982 besteht aber auch die Möglichkeit, dass jeder der rotierenden Werkzeuge 98i und 982 jeweils eine von zwei in Richtung der Werkstückspindelachse aufeinanderfolgend verlaufenden Vertiefungsstrukturen Vi, V2 erzeugt, wie in Fig. 38 dargestellt. Bei einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeug maschine, dargestellt in Fig. 39 bis 41 besteht auch die Möglichkeit, als Werk stück W' ein rohrförmiges Teil einzusetzen, in welchem mit einem rotierenden Werkzeug 98 auf einer Innenseite eine Vertiefungsstruktur V in gleicher Weise wie vorstehend im Zusammenhang mit der Umfangsfläche U des Werkstücks W beschrieben, herstellbar ist.