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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug für eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Fräsanordnung mit dem Fräswerkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kammkäfigs.
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Fräswerkzeuge mit eingesetzten Schneidkörpern werden beispielsweise zum Bohren, Senken, Aufbohren, usw. eingesetzt. Um einen bestimmten Durchmesserbereich mit einem Fräswerkzeug bearbeiten zu können, ist es üblich, mindestens für einen Schneidkörper eine Radialverstellung vorzusehen.
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Die Druckschrift
DD 206094 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein einstellbares Fräswerkzeug mit zylindrischem Bohrkörper, an dessen stirnseitigem Ende sich mindestens eine Schneidplatte oder Wendeschneidplatte befindet, die auf einem Tragkörper fest oder lösbar befestigt und in radialer Richtung verstellbar ist, wobei die Auflagefläche des Tragkörpers zur Schneidkante der Wendeschneidplatte in einem spitzen Winkel so geneigt ist, dass eine Komponente der Schnittkraft auf die Gleitebene wirkt und eine Komponente einen Andruck der Anlagefläche des Tragkörpern gegen mindestens ein Stellglied gewährleistet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fräswerkzeug für eine Werkzeugmaschine vorzuschlagen, welche ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist und zudem kostenoptimiert ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung eine entsprechende Fräsanordnung sowie ein Verfahren mit dem Fräswerkzeug vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fräswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Fräsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Fräswerkzeug, welches für eine Werkzeugmaschine ausgebildet und/oder geeignet ist. Prinzipiell dient das Fräswerkzeug zur Bildung einer Bohrung und/oder einer Senkung und/oder einer Aufbohrung und/oder einer Taschenbohrung. Vorzugsweise dient das Fräswerkzeug jedoch zur Fertigung einer, insbesondere zylindrischen, Käfigtasche eines Kammkäfigs. Besonders bevorzugt ist das Fräswerkzeug als ein rotierendes Zerspanungswerkzeug ausgebildet. Im Speziellen ist das Fräswerkzeug als ein Trägerwerkzeug ausgebildet. Die Werkzeugmaschine ist bevorzugt als eine spanende Maschine ausgebildet. Im Speziellen ist die Werkzeugmaschine als eine Fräsmaschine ausgebildet.
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Das Fräswerkzeug weist einen Trägerkörper auf. Der Trägerkörper weist in einer Grobform eine zylindrische Form auf. Insbesondere ist der Trägerkörper als ein HSK- oder ein SK-Rohling ausgebildet. Insbesondere weist der Trägerkörper einen zylindrischen Werkzeugschaft auf. Die Schaftlänge und/oder der Durchmesser des Werkzeugschafts sind beispielsweise abhängig von der Käfigtaschengröße.
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Der Trägerkörper weist eine Werkzeugaufnahme zur Verbindung mit der Werkzeugmaschine und eine Schneideinsatzaufnahme auf. Die Werkzeugaufnahme dient insbesondere zur Aufnahme in einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine. Die Werkzeugaufnahme kann bevorzugt als ein Hohlschaftkegel oder ein Steilkegel ausgebildet sein. Die Schneideinsatzaufnahme dient insbesondere zur Aufnahme von Schneideinsätzen. Vorzugsweise sind die Werkzeugaufnahme und die Schneideinsatzaufnahme unmittelbar mit dem Werkzeugschaft verbunden. Die Schneideinsatzaufnahme ist vorzugsweise an einer Stirnseite des Werkzeugschafts und die Werkzeugaufnahme an einer gegenüberliegenden Stirnseite des Werkzeugschafts angeordnet. Die Schneideinsatzaufnahme ist vorzugsweise als mindestens eine Nut, vorzugsweise eine durchlaufende Nut, ausgebildet. Alternativ kann die Schneideinsatzaufnahme auch aus mehreren Nuten und/oder einer Nut-Steg-Verbindung gebildet sein.
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Der Trägerkörper ist um eine Drehachse rotierbar. Insbesondere rotiert der Trägerkörper während eines Betriebes der Werkzeugmaschine um die Drehachse. Vorzugsweise ist die Drehachse durch eine Rotationsachse und/oder eine Symmetrieachse des Trägerkörpers gebildet. Der Trägerkörper rotiert mit einer Schnittgeschwindigkeit von insbesondere mehr als 800 m/min, vorzugsweise mehr als 900 m/min, im Speziellen von mehr als 1000 m/min. Alternativ oder optional ergänzend rotiert der Trägerkörper mit einer Schnittgeschwindigkeit von insbesondere weniger als 1200 m/min. Besonders bevorzugt ist der Trägerkörper in axialer Richtung, insbesondere in einer Bearbeitungsrichtung, in Bezug auf die Drehachse mit einem Vorschub bewegbar. Der Vorschub beträgt insbesondere mehr als 0,05 mm/U, vorzugsweise mehr als 0,1 mm/U. Alternativ oder optional ergänzend kann der Vorschub weniger als 0,2 mm/U betragen.
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Das Fräswerkzeug weist einen Hauptschneideeinsatz und einen Nebenschneideeinsatz, als die Schneideinsätze, auf. Der Hauptschneideeinsatz und/oder der Nebenschneideeinsatz sind insbesondere als separate Bauteile ausgebildet. Die beiden Schneideinsätze können vorzugsweise baugleich oder identisch ausgebildet sein. Alternativ sind die beiden Schneideinsätze unterschiedlich ausgebildet. Bevorzugt ist der Hauptschneideeinsatz, insbesondere während eines Zerspanungsvorgangs, der in einer Drehrichtung vorauseilende Schneideinsatz. Der Nebenschneideeinsatz ist bevorzugt der in der Drehrichtung nacheilende Schneideinsatz.
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Der Hauptschneideeinsatz und der Nebenschneideeinsatz sind in der Schneideinsatzaufnahme angeordnet. Der Hauptschneideeinsatz und/oder der Nebenschneideeinsatz können formschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Trägerkörper, insbesondere der Schneideinsatzaufnahme, verbunden und/oder verbindbar sein. Vorzugsweise ist der der Hauptschneideeinsatz und/oder der Nebenschneideeinsatz über eine Schraubverbindung oder eine Steckverbindung lösbar mit dem Trägerkörper verbunden.
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Der Hauptschneideeinsatz weist eine Hauptschneide und der Nebenschneideeinsatz eine Nebenschneide auf. Die Hauptschneide und die Nebenschneide sind insbesondere jeweils als mindestens ein Schneidteil ausgebildet. Somit dienen die Hauptschneide und die Nebenschneide zur Zerspanung eines Werkstückes, wobei vorzugsweise die Hauptschneide und die Nebenschneide in das Werkstück eindringen, sodass ein Span bzw. Späne abgetrennt wird.
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Die Hauptschneide erzeugt ein erstes Zerspanungsmuster und die Nebenschneide ein zweites Zerspanungsmuster. Insbesondere rotieren die Haupt- und die Nebenschneide während eines Betriebes der Werkzeugmaschine um die Drehachse, sodass ein rotationssymmetrisches erstes bzw. zweites Zerspanungsmuster erzeugt wird. Das erste und das zweite Zerspanungsmuster bilden vorzugsweise eine Spanfläche. Insbesondere ist die Spanfläche die Fläche, über die der Span abgleitet.
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Besonders bevorzugt ist die Hauptschneide relativ zu der Nebenschneide verstellbar, sodass das erste und/oder das zweite Zerspanungsmuster veränderbar ist. Insbesondere ist die Hauptschneide und/oder die Nebenschneide verdrehbar und/oder verschiebbar. Bevorzugt ist die Form und/oder die Größe des ersten und/oder des zweiten Zerspanungsmuster einstellbar. Alternativ oder optional ergänzend ist ein Spanwinkel der Hauptschneide und/oder der Nebenschneide einstellbar, sodass die Auflagefläche der Hauptschneide bzw. der Nebenschneide veränderbar ist. Alternativ oder optional ergänzend ist ein axialer Abstand zwischen der Hauptschneide und der Nebenschneide einstellbar.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Schnittkante der Hauptschneide und/oder der Nebenschneide unterbrochen ist, sodass eine Freistelle gebildet ist. Insbesondere ist die Schnittkante die Kante des Keils, die an der Spanfläche anliegt. Vorzugsweise definiert die Schnittkante der Hauptschneide das erste Zerspanungsmuster und die Schnittkante der Nebenschneide das zweite Zerspanungsmuster. Bevorzugt ist das erste und/oder das zweite Zerspanungsmuster im Bereich der Freistelle unterbrochen. Die Freistelle bildet insbesondere mindestens einen Freibereich in dem ersten bzw. zweiten Zerspanungsmuster, wobei in dem Freibereich keine Späne abgetragen wird. Insbesondere ist die Schnittkante der Hauptschneide und/oder der Nebenschneide mindestens einmal unterbrochen. Vorzugsweise kann die Schnittkante der Hauptschneide und/oder der Nebenschneide jedoch auch mehr als zweimal, vorzugsweise mehr als viermal, im Speziellen mehr als achtmal unterbrochen sein, sodass mehrere Freistellen gebildet sind. Insbesondere sind die Hauptschneide und/oder die Nebenschneide kammartig ausgebildet. Beispielsweise weist die Freistelle eine Breite von mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 3 mm, im Speziellen mehr als 5 mm auf.
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Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die mindestens eine Freistelle in der Schnittkante eine Spanabfuhr verbessert ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine verbesserte Kühlmittelverteilung umgesetzt wird. Dadurch kann das Betriebsverhalten des Fräswerkzeugs deutlich verbesserte werden. Insbesondere kann das Fräswerkzeug mit einer höheren Schnittgeschwindigkeit und/oder Vorlauf betrieben werden, sodass insbesondere die Durchlaufzeit des Werkstücks verkürzt wird. Durch das verbesserte Betriebsverhalten kann zudem der Verschleiß der Hauptschneide und der Nebenschneide reduziert werden, sodass die Betriebskosten der Werkzeugmaschine reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Hauptschneide durch die Freistelle in mindestens zwei Hauptschneideabschnitte unterteilt. Insbesondere weist die Hauptschneide mehr als zwei, im Speziellen mehr als vier Hauptschneideabschnitte auf. Prinzipiell kann die Hauptschneide als ein Schneidmittel ausgebildet sein, wobei der erste und der zweite Hauptschneideabschnitt die Schnittkante aufweisen. Beispielsweise sind die Hauptschneide und/oder die Nebenschneide als aufgelötete Vollhartmetallplatten ausgebildet, welche insbesondere mehrmals nachschleifbar sind. Insbesondere ist die Freistelle als ein Einschnitt oder eine Nut oder ein Durchbruch oder eine Einkerbung in dem Schneidmittel ausgebildet. Bevorzugt jedoch sind der erste und der zweite Hauptschneideabschnitt jeweils als ein separates Schneidmittel ausgebildet, wobei die beiden Hauptschneideabschnitte voneinander beabstandet sind, sodass die Freistelle gebildet ist. Bevorzugt sind die Hauptschneideabschnitte und die Freistellen abwechselnd und/oder regelmäßig voneinander beabstandet angeordnet.
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Der erste Hauptschneideabschnitt ist entlang einer ersten Hauptkreisbahn und der zweite Hauptschneideabschnitt ist entlang einer zweiten Hauptkreisbahn um die Drehachse rotierbar, sodass das erste Zerspanungsmuster oder ein Teilbereich des ersten Zerspanungsmusters gebildet ist. Insbesondere sind die erste und die zweite Hauptkreisbahn koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Drehachse angeordnet. Vorzugsweise weisen die beiden Hauptkreisbahnen einen unterschiedlichen Durchmesser auf. Bevorzugt bildet der erste Hauptschneideabschnitt einen ersten Zerspanungsbereich und der zweite Hauptschneideabschnitt einen zweiten Zerspanungsbereich der Spanfläche. Vorzugsweise ist der Freibereich des ersten Zerspanungsmusters radial zwischen dem ersten und dem zweiten Zerspanungsbereich angeordnet. Besonders bevorzugt sind der erste und/oder der zweite Zerspanungsbereich und/oder der Freibereich des ersten Zerspanungsmusters als eine Kreisringfläche und/oder eine Kreisfläche ausgebildet.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Ausgestaltung der Erfindung ist die Nebenschneide durch die Freistelle in mindestens zwei Nebenschneideabschnitte unterteilt. Insbesondere weist die Nebenschneide mehr als zwei, im Speziellen mehr als vier Nebenschneideabschnitte auf. Prinzipiell kann die Nebenschneide als ein weiteres Schneidmittel ausgebildet sein, wobei der erste und der zweite Nebenschneideabschnitt die Schnittkante aufweisen. Insbesondere ist die Freistelle als ein Einschnitt oder eine Nut oder ein Durchbruch oder eine Einkerbung in dem weiteren Schneidmittel ausgebildet. Bevorzugt jedoch sind der erste und der zweite Nebenschneideabschnitt jeweils als ein separates weiteres Schneidmittel ausgebildet, wobei die beiden Nebenschneideabschnitte voneinander beabstandet sind, sodass die Freistelle gebildet ist. Bevorzugt sind die Nebenschneideabschnitte und die Freistellen abwechselnd und/oder regelmäßig voneinander beabstandet angeordnet.
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Der erste Nebenschneideabschnitt ist entlang einer ersten Nebenkreisbahn und der zweite Nebenschneideabschnitt entlang einer zweiten Nebenkreisbahn um die Drehachse rotierbar, sodass das zweite Zerspanungsmuster oder ein Teilbereich des zweiten Zerspanungsmusters gebildet ist. Insbesondere sind die ersten und die zweite Nebenkreisbahn koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Drehachse angeordnet. Vorzugsweise weisen die erste und die zweite Nebenkreisbahn einen unterschiedlichen Durchmesser auf. Insbesondere weisen alle Kreisbahnen einen unterschiedlichen Durchmesser auf. Bevorzugt bildet der erste Nebenschneideabschnitt einen dritten Zerspanungsbereich und der zweite Nebenschneideabschnitt einen vierten Zerspanungsbereich der Spanfläche. Vorzugsweise ist der Freibereich des zweiten Zerspanungsmusters radial zwischen dem dritten und dem vierten Zerspanungsbereich angeordnet. Besonders bevorzugt sind der dritte und/oder der vierte Zerspanungsbereich und/oder der Freibereich des zweiten Zerspanungsmusters als eine Kreisringfläche und/oder eine Kreisfläche ausgebildet. Im Speziellen kann die Hauptschneide und/oder die Nebenschneide weitere Hauptschneideabschnitte bzw. weitere Nebenschneideabschnitte aufweisen, sodass weitere Zerspanungsbereiche bzw. weitere Freiebereiche gebildet sind.
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In einer bevorzugten Umsetzung grenzen das erste und das zweite Zerspanungsmuster in einem Grenzbereich aneinander an, wobei das erste und das zweite Zerspanungsmuster gemeinsam eine Kreisfläche bilden. Insbesondere grenzt der Zerspanungsbereich des ersten Zerspanungsmusters an den Zerspanungsbereich des zweiten Zerspanungsmusters an. Alternativ überlappen das erste und das zweite Zerspanungsmuster in dem Grenzbereich. Insbesondere überlappt der Zerspanungsbereich des ersten Zerspanungsmusters mit dem Zerspanungsbereich des zweiten Zerspanungsmusters.
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Bevorzugt ist die Spanfläche als die Kreisfläche ausgebildet. Vorzugsweise werden bei einer vollständigen Umdrehung des Fräswerkzeugs um 360°, der oder die Freibereiche der vorauseilende Schneide durch die Zerspanungsbereiche der nacheilende Schneide überlagert, sodass die Spanfläche gebildet ist. Vorzugsweise ist die Spanfläche als eine ebene Kreisfläche gebildet. Alternativ kann je nach Lage oder Ausgestaltung der Schneiden die Spanfläche mit einer Einsenkung gebildet werden. Besonders bevorzugt definiert die Spanfläche einen Taschenboden der Käfigtaschen.
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In einer konstruktiven Umsetzung liegen die Schnittkante der Hauptschneide und die Schnittkante der Nebenschneide in Bezug auf die Drehachse in einer gemeinsamen radialen Zerspanungsebene. Insbesondere liegt die Spanfläche in der Zerspanungsebene, sodass die Spanfläche vorzugsweise eine glatte Oberfläche aufweist.
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In einer weiteren bevorzugten Realisierung ist die Hauptschneide relativ zu der Nebenschneide in einem Einstellbereich verschiebbar, sodass ein Bohrungsdurchmesser einstellbar ist. Insbesondere kann der Hauptschneideeinsatz und/oder der Nebenschneideeinsatz entlang der als Nut ausgebildeten Schneideinsatzaufnahme in einer Verschieberichtung verschoben werden. Bevorzugt sind der Hauptschneideeinsatz und der Nebenscheideeinsatz parallel zueinander verschiebbar. Besonders bevorzugt ist durch die Verschiebung der Radius der Nebenkreisbahnen und/oder der Hauptkreisbahnen veränderbar.
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Der Einstellbereich beträgt insbesondere mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 3 mm, im Speziellen mehr als 5 mm. Alternativ oder optional ergänzend beträgt der Einstellbereich weniger als 7 mm, vorzugsweise weniger als 4 mm, im Speziellen weniger als 2 mm. Besonders bevorzugt ist der Einstellbereich kleiner oder gleich als der überlappende Grenzbereich. Somit wird sichergestellt, dass, bei der Verschiebung einer der beiden Schneiden, ein vollständiger Materialabtrag im Bereich der Spanflächen erfolgt.
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In einer weiteren Konkretisierung der Erfindung sind die Hauptschneide und die Nebenschneide einander gegenüberliegend angeordnet. Insbesondere sind die Hauptschneide und die Nebenschneide gegenüber der Drehachse diametral und/oder um eine Exzentrizität versetzt zueinander angeordnet. Bevorzugt ist die Nebenschneide in Umlaufrichtung in Bezug auf die Drehachse um 180 Grad versetzt zu der Hauptschneide angeordnet. Im Speziellen liegen die Schneidkante der Haupt- und der Nebenschneide auf einer gemeinsamen Schnittlinie, wobei die Schnittlinie insbesondere die Drehachse rechtwinklig schneidet.
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In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung weisen der Hauptschneideeinsatz und der Nebenschneideeinsatz jeweils einen Schneidplattenträger zur Aufnahme mindestens einer Wendeschneidplatte auf. Bevorzugt sind die Schneidplattenträger in der Schneideinsatzaufnahme angeordnet. Die Schneidplattenträger können jeweils über mindestens ein Schraubmittel mit dem Trägerkörper verbunden sein, sodass diese in der Verschieberichtung fixiert sind. Zur Einstellung des Bohrungsdurchmessers wird das entsprechende Schraubmittel gelöst und der jeweilige Schneidplattenträger des Haupt- und/oder des Nebenschneideeinsatzes in der Verschiebrichtung verschoben.
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Die Hauptschneide und/oder die Nebenschneide sind jeweils durch mindestens eine Wendeschneidplatte gebildet. Bevorzugt ist das Schneidmittel und/oder das weitere Schneidmittel als die Wendeschneidplatte ausgebildet. Besonders bevorzugt ist jeder der Hauptschneideabschnitte und/oder der Nebenschneideabschnitte durch jeweils eine Wendeschneidplatte gebildet. Die Wendeschneidplatten können aus Hartmetall, Keramik oder Diamant (PKD) gebildet sein. Vorzugsweise ist jede der Wendeschneidplatten einzeln an den zugehörigen Schneidplattenträger angeschraubt oder geklemmt. Somit ist das Fräswerkzeug vorzugsweise als ein sogenannter Messerkopf ausgebildet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Fräsanordnung mit dem Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüchen beziehungsweise wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde. Die Fräsanordnung weist die Werkzeugmaschine mit dem Fräswerkzeug, einen Kammkäfigrohling, als das Werkstück, sowie eine Bohrbrille auf. Insbesondere ist der Kammkäfigrohling aus einem Buntmetall, vorzugsweise aus Messing, gefertigt.
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Das Fräswerkzeug ist zur Fertigung von Käfigtaschen in dem Kammkäfigrohling ausgebildet und/oder geeignet. Die Käfigtaschen sind insbesondere als Fenster ausgebildet, welche einseitig geöffnet sind. Die Bohrbrille ist zur Führung des Fräswerkzeuges und/oder zur Fixierung des Käfigrohlings ausgebildet. Besonders bevorzugt kann die Bohrbrille eine Bohrschablone bilden, sodass der Abstand und die Anzahl der Käfigtaschen durch die Bohrbrille festgelegt sind. Insbesondere verbleibt zwischen den einzelnen Käfigtaschen jeweils ein schmaler Steg. Die Bohrbrille fixiert die einzelnen Stege miteinander, sodass eine Verschiebung und/oder eine Vibration der Stege verhindert wird. Hierzu werden die Stege in einer Bearbeitungsrichtung mit einer Haltekraft beaufschlagt, sodass ein Spanndruck erzeugt ist. Beispielsweise wird die Haltekraft mechanisch oder hydraulisch erzeugt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Kammkäfigs mit dem Fräswerkzeug und/oder mit der Fräsanordnung wie dies bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere wird in einem ersten Verfahrensschritt der Kammkäfigrohling in die Werkzeugmaschine eingesetzt und mit der Bohrbrille fixiert. Anschließend wird das Fräswerkzeug in Richtung des Kammkäfigrohlings bewegt. Das Fräswerkzeug rotiert dabei um die Drehachse, wobei der Kammkäfigrohling stationär verbleibt. Zur Fertigung der Käfigtaschen wird das Fräswerkzeug über die volle Taschenbreite der Käfigtasche in der Bearbeitungsrichtung in den Kammkäfigrohling eingesenkt.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Materialabtrag durch die Hauptschneide und die Nebenschneide erzeugt, sodass die Käfigtasche in dem Kammkäfigrohling eingebracht wird. Dabei wird insbesondere über die Freistellen das Kühlmittel verteilt bzw. die Späne abgeführt. Nach dem Einbringen einer der Käfigtaschen in den Kammkäfigrohling wird das Fräswerkzeug vorzugsweise entgegen der Bearbeitungsrichtung zurückbewegt und der Kammkäfigrohling durch die Werkzeugmaschine schrittweise rotiert. Anschließend kann eine weitere Käfigtasche in den Kammkäfigrohling eingebracht werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
- 1 eine Fräsanordnung zur Fertigung eines Kammkäfigs als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 zeigt in einer axialen Ansicht ein Fräswerkzeug der Fräsanordnung aus der 1;
- 3 zeigt eine Schnittdarstellung des Fräswerkzeugs aus der 2.
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1 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung eine Fräsanordnung 1 mit einer Werkzeugmaschine 2 und einem Kammkäfigrohling 3, als ein Werkstück. Die Werkzeugmaschine 2 ist als eine Fräsmaschine ausgebildet und weist ein Fräswerkzeug 4 auf. Die Werkzeugmaschine 2 dient zur Fertigung eines Kammkäfigs. Kammkäfige dienen insbesondere zur Führung von Wälzkörpern, wobei der Kammkäfig hierzu eine Mehrzahl von Käfigtaschen 3a aufweist. Die Käfigtaschen 3a werden durch das Fräswerkzeug 4 in den Kammkäfigrohling 3 eingebracht. Die Käfigtaschen 3a sind als zylindrische Einsenkungen ausgebildet, wobei jede der Käfigtaschen 3a in einer Umfangsrichtung jeweils durch zwei Stege 3b begrenzt ist. In der Detailansicht A ist eine der Käfigtaschen 3a dargestellt, wobei durch das Fräswerkzeug 4 an der Stirnseite der Käfigtasche 3a eine ebene und glatte Oberfläche erzeugt ist.
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Ferner weist die Werkzeugmaschine 2 eine Werkzeugspindel 5, einen Maschinentisch 6, und eine Bohrbrille 7 auf. Die Bohrbrille 7 ist schematisch nur angedeutet und kann beispielsweise im Bereich der Käfigtaschen 3a Ausnehmungen aufweisen. Das Fräswerkzeug 4 ist in der Werkzeugspindel 5 aufgenommen und kann über die Werkzeugspindel 5 in eine Drehbewegung versetzt werden. Dabei rotiert das Fräswerkzeug 4 um eine Drehachse D mit einer Schnittgeschwindigkeit von beispielsweise 1000 m/min.
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Der Kammkäfigrohling 3 ist auf dem Maschinentisch 6 angeordnet. Der Maschinentisch 6 weist eine Zentrierscheibe 8 auf, welche den Kammkäfigrohling 3 auf dem Maschinentisch 6 zentriert. Der Kammkäfigrohling 3 ist durch die Bohrbrille 7 auf dem Maschinentisch 6 fixiert. Zusätzlich kann die Bohrbrille 7 als Führung und/oder als Bohrschablone für das Fräswerkzeug 4 dienen, sodass die Anzahl der Käfigtaschen 3b sowie der Abstand zwischen den einzelnen Käfigtaschen 3b durch die Bohrbrille 7 festgelegt ist. Die Bohrbrille 7 liegt auf dem Kammkäfigrohling 3, vorzugsweise auf den Stegen 3b bzw. im Bereich der Stege 3b, auf und beaufschlagt den Kammkäfigrohling 3 mit einer Haltekraft. Die Haltekraft kann beispielsweise mechanisch oder hydraulisch erzeugt werden.
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Das Fräswerkzeug 4 ist in einer Bearbeitungsrichtung B in Richtung des Kammkäfigrohlings 3 absenkbar. Die Bearbeitungsrichtung B ist dabei in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D gerichtet. Die Käfigtaschen 3a werden in einem einzigen Bearbeitungsschritt gefertigt, wobei das Fräswerkzeug 4 auf der vollen Breite der Käfigtaschen in der Bearbeitungsrichtung B in den Kammkäfigrohling 3 eingesenkt wird. Das Fräswerkzeug 4 wird hierzu in der Bearbeitungsrichtung B mit einem Vorschub von beispielsweise 0,1 mm/U bewegt. Durch die Bohrbrille 7 wird eine Verschiebung und/oder Vibrationen der Stege 3b verhindert.
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2 zeigt in einer Axialansicht in Bezug auf die Drehachse D einen Messerkopf des Fräswerkzeugs 4. Das Fräswerkzeug 4 weist einen Hauptschneideeinsatz 9 und einen Nebenschneideeinsatz 10 auf. Der Hauptschneideeinsatz 9 weist eine Hauptschneide 11 mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Hauptschneideabschnitt 11a, b, c auf. Der Nebenschneideeinsatz 10 weist eine Nebenschneide 12 mit einem ersten und einem zweiten Nebenschneideabschnitt 12a, b auf. Die beiden Schneideinsätze 9 ,10 sind in Bezug auf die Drehachse D einander gegenüberliegend und um eine Exzentrizität versetzt angeordnet.
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Die Hauptschneideabschnitte 11a, b, c und die Nebenschneideabschnitte 12a, b sind als einzelne Wendeschneidplatten ausgebildet. Der Hauptschneideeinsatz 9 und der Nebenschneideeinsatz 10 weist hierzu jeweils einen Schneidplattenträger 13a, b auf. Die drei als Wendeschneidplatten ausgebildeten Hauptschneideabschnitte 11a, b, c sind an einem ersten Schneidplattenträger 13a und die beiden als Wendeschneidplatten ausgebildete Nebenschneideabschnitte 12a, b sind an einem zweiten Schneidplattenträger 13b befestigt.
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Die Hauptschneide 9 und die Nebenschneide 10, insbesondere die Hauptschneideabschnitte 11 und die Nebenschneideabschnitte 12, weisen jeweils eine Schnittkante auf, wobei die Hauptschneide 9 und die Nebenschneide 10 mit der Schnittkante auf einer gemeinsamen Schnittlinie S liegen. Die Schnittlinie S schneidet die Drehachse D rechtwinklig. Die Hauptschneideabschnitte 11a, b, c und die Nebenschneideabschnitte 12a, b sind in axialer Richtung in Bezug auf die Schnittlinie S beabstandet voneinander angeordnet, wobei zwischen jedem der Hauptschneideabschnitte 11a, b, c und zwischen den beiden Nebenschneideabschnitten 12a, b jeweils eine Freistelle 14 gebildet ist. Während einer Bearbeitung des Kammkäfigrohlings 3 dringen die Hauptschneideabschnitte 11a, b, c und die Nebenschneideabschnitte 12a, b in das Material, z.B. Messing, des Kammkäfigrohlings 3 ein, sodass ein Span bzw. Späne abgetrennt wird. Die Freistellen 13 dienen insbesondere dazu um eine Spanabfuhr und/oder eine Kühlmittelverteilung zu verbessern.
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In einem Betrieb des Fräswerkzeugs 4, rotiert der erste Hauptschneideabschnitt 11a entlang einer ersten Hauptkreisbahn HK1, der zweite Hauptschneidabschnitt 11b entlang einer zweiten Hauptkreisbahn HK2 und der dritte Hauptschneideabschnitt 11c entlang einer dritten Hauptkreisbahn HK3 um die Drehachse D, sodass ein erstes Zerspanungsmuster gebildet wird. Der erste Nebenschneideabschnitt 12a rotiert entlang einer ersten Nebenkreisbahn NK1 und der zweite Nebenschneideabschnitt 12b rotiert entlang einer zweiten Nebenkreisbahn NK2 um die Drehachse D, sodass ein zweites Zerspanungsmuster gebildet wird. Dabei weisen die Hauptkreisbahnen HK1, HK2, HK3 und die Nebenkreisbahnen NK1, NK2 unterschiedliche Durchmesser auf. Die erste Nebenkreisbahn NK1 liegt dabei zwischen der ersten und der zweiten Hauptkreisbahn HK1, HK2 und die zweite Nebenkreisbahn NK2 liegt dabei zwischen der zweiten und der dritten Hauptkreisbahn HK2, HK3.
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Bei einer Rotation des Fräskörpers 4 um 360 Grad um die Drehachse D sind die Hauptschneideabschnitte 11a, b, c derart eingestellt, dass diese einen stehenbleibenden Zwischensteg, welcher durch die Freistellen 14 der Nebenschneideabschnitte 12a, b gebildet ist, abtragen. Hierzu verläuft insbesondere die zweite Hauptkreisbahn HK2 im Bereich der Freistelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Nebenschneideabschnitt 11a, b. Ferner sind die Nebenschneideabschnitte 12a, b derart eingestellt, dass diese einen stehenbleibenden Zwischensteg, welcher durch die Freistellen 14 der Hauptschneideabschnitte 11a, b, c gebildet ist, abtragen. Hierzu verläuft insbesondere die erste Nebenkreisbahn NK1 im Bereich der Freistelle 14 zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptschneideabschnitt 12a, b und die zweite Nebenkreisbahn NK2 im Bereich der Freistelle 14 zwischen dem zweiten und dem dritten Hauptschneideabschnitt 12b, c. Somit wird eine flächige Materialabtragung über die gesamte Breite der Käfigtasche 3a gewährleistet.
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Das Fräswerkzeug 4 weist an seiner Stirnfläche eine Schneideinsatzaufnahme 15 zur Aufnahme des Haupt- und Nebenschneideinsatzes 9, 10 auf. Die Schneideinsatzaufnahme 15 ist als eine durchgehende Nut ausgebildet und weist einen S-förmigen Verlauf auf. Die beiden Schneidplattenträger 13a, b sind in der Schneideinsatzaufnahme 5 angeordnet und in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D bzw. in axialer Richtung in Bezug auf die Schnittlinie S parallel zueinander verschiebbar. Beispielsweise ist der Hauptschneideeinsatz 9 und/oder der Nebenschneideeinsatz 10 in einem Einstellbereich von beispielsweise 5 mm verschiebbar. Durch die Verschiebung kann ein Bohrungsdurchmesser, insbesondere die Breite der Käfigtaschen 3a, eingestellt werden, wobei beispielsweise der von der Drehachse D am weitesten beabstandete Haupt- bzw. Nebenschneideabschnitt, in der gezeigten Darstellung der dritte Hauptschneideabschnitt 11c, die Breite definiert. Dabei sind die Hauptschneideabschnitte 11a, b, c und die Nebenschneideabschnitte 12a, b breiter ausgebildet als die Freistellen, sodass sich die beiden Zerspanungsmuster in einem Grenzbereich überlappen. Der Grenzbereich ist dabei größer oder gleich dem Einstellbereich.
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Die 3 zeigt in einer Schnittdarstellung entlang der Drehachse D das Fräswerkzeug 4 in einem Betriebszustand und einen Teilausschnitt des Kammkäfigrohlings 3. Das Fräswerkzeug 4 weist einen Trägerkörper 16 auf, wobei der Trägerkörper 16 beispielsweise als ein HSK-Rohling ausgebildet ist. Der Trägerkörper 16 umfasst einen Werkzeugschaft 17 und eine Werkzeugaufnahme 18. Der Werkzeugschaft 17 ist zylindrisch ausgebildet und weist an einer Stirnseite die Schneideinsatzaufnahme 15 auf. An seinem gegenüberliegenden axialen Ende ist die Werkzeugaufnahme 18 angeordnet. Das Fräswerkzeug 4 ist über die Werkzeugaufnahme 18 in der Werkzeugspindel 5 aufgenommen. Beispielsweise ist die Werkzeugaufnahme 18 hierzu als ein Hohlschaftkegel ausgebildet.
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Bei einer Rotation des Fräswerkzeugs 4 überlagern sich die beiden Zerspanungsmuster, sodass die beiden Zerspanungsmuster eine gemeinsame Spanfläche F bilden. Die Spanfläche F ist die Fläche, über die der Span abgleitet wird. Insbesondere erstreckt sich die Spanfläche F in Bezug auf die Drehachse D in einer radialen Zerspanungsebene und ist beispielsweise in einer Projektion von oben als eine Kreisfläche ausgebildet. Insbesondere definiert die Spanfläche F den Taschenboden der Käfigtaschen 3a. Die Schnittkante der Hauptschneide 9 und der Nebenschneide 10 sind beispielsweise gemeinsam in der radialen Zerspanungsebene angeordnet, angeordnet, sodass die Spanfläche F als eine kreisrunde ebene Fläche gebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fräsanordnung
- 2
- Werkzeugmaschine
- 3
- Kammkäfigrohling
- 3a
- Käfigtaschen
- 3b
- Stege
- 4
- Fräswerkzeug
- 5
- Werkzeugspindel
- 6
- Maschinentisch
- 7
- Bohrbrille
- 8
- Zentrierscheibe
- 9
- Hauptschneide
- 10
- Nebenschneide
- 11a
- erster Hauptschneideabschnitt
- 11b
- zweiter Hauptschneideabschnitt
- 11c
- dritter Hauptschneideabschnitt
- 12a
- erster Nebenschneideabschnitt
- 12b
- zweiter Nebenschneideabschnitt
- 13a
- erster Schneidplattenträger
- 13b
- zweiter Schneidplattenträger
- 14
- Freistellen
- 15
- Schneideeinsatzaufnahme
- 16
- Trägerkörper
- 17
- Werkzeugschaft
- 18
- Werkzeugaufnahme
- B
- Bearbeitungsrichtung
- D
- Drehachse
- F
- Spanfläche
- S
- Schnittlinie
- HK1
- erste Hauptkreisbahn
- HK2
- zweite Hauptkreisbahn
- HK3
- dritte Hauptkreisbahn
- NK1
- erste Nebenkreisbahn
- NK2
- zweite Nebenkreisbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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