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Die
Erfindung bezieht sich auf ein rotierendes Schneidwerkzeug, insbesondere
Fräswerkzeug, nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Schneidwerkzeuge,
insbesondere Fräswerkzeuge,
ermöglichen
eine Umsetzung ihres hohen Leistungsvermögens nur bei stabilen Bearbeitungsbedingungen.
In der Praxis liegen derartige Bedingungen selten vor. Bei dem Zerspanen
spielt die Dynamik des Prozesses eine große Rolle. Die Systemelemente
Maschine, Werkstück,
Werkzeug sowie die Spannmittel von Werkstück und Werkzeug üben simultan
einen Einfluss auf die Dynamik aus.
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Betrachtet
man das physikalische Kraftsystem, dann kommt es beim Fräsen durch
den unterbrochenen Schnitt zu einem periodischen Aufschlag der Schneiden
auf das Werkstück,
wodurch eine erzwungene Schwingung mit einer bestimmten Frequenz
und einer kraftabhängigen
Amplitude verursacht wird. Die einwirkenden Kraftimpulse führen im Zusammenwirken
mit den anderen Systemelementen und den eingestellten Schnittwerten
zu unvermeidlichen Schwingungserscheinungen bis hin zum so genannten „Rattern", wodurch die Bearbeitung deutlich
erschwert und nur mit relativ geringer Produktivität ausgeführt werden
kann. Naturgemäß gibt es
Ursachen für
instabile Bedingungen auf Seiten der Maschine, des Werkstücks und
der Spannmittel, was hier im Einzelnen nicht untersucht werden soll.
Im Fräsprozess
werden durch die vom Werkzeug ausgehenden Zerspankräfte Schwingungen
im System verursacht. Die Auswirkungen hängen von der Größe der Kräfte und
von der Aufschlaghärte
ab. Um optimale dynamische Gegebenheiten zu erzielen, ist es angezeigt,
die Masse des Fräskörpers groß auszulegen,
den Fräsgrundkörper aus
schwingungsdämpfenden
Werkstoffen zu fertigen, eine ungleiche Teilung der Schneiden am
Fräserumfang
vorzunehmen, die Auftreffbedingungen zu minimieren (große Neigungs-
und Spanwinkel), eine Auswahl von Schnittwerten mit kleiner Spanungsbreite
und großer
Spandicke und eine Schneidenunterteilung vorzunehmen, z.B. durch
Einschleifen von Teilungskerben.
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Aus
DE 100 12 101 A1 ist
eine Radiusschneidplatte bekannt geworden, bei der die Kegelmantelfläche Planflächen aufweist.
Durch einen Winkelversatz aufeinander folgender Schneidplatten wird eine
Schnittaufteilung erzielt. Aus
DE 23 41 183 B ist ein Werkzeug bekannt geworden,
bei dem in Umfangsrichtung des Werkzeugs aufeinander folgende Schneideinsätze in zugehörigen Ausnehmungen
in unterschiedlichen Winkellagen festlegbar sind. Die Positioniereinrichtungen
werden von in die Ausnehmungen vorstehenden Stiften gebildet, die
mit Schneidzahnlücken
der Schneideinsätze
in Eingriff bringbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rotierendes Schneidwerkzeug,
insbesondere Fräswerkzeug
zu schaffen, das einen dynamisch stabilen Prozess ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug
sind wie im Stand der Technik am Umfang des Trägerkörpers einander folgende, auf
gleicher Achse angeordnete Schneidplatten um einen bestimmten Winkel
so gegeneinander verdreht, dass durch unterschiedliche Flugbahnen
der Schneidkanten eine Trennung des abspanenden Werkstoffstück-Aufmaßes in mehrere
Späne erzwungen
wird. Die Schneidplatten sind bei der Erfindung polygonal. Dadurch
erfolgt die Schnittaufteilung durch eine koaxiale Schneidendurchdringung
von mehrkantigen Schneidplattenformen. Das Prinzip beruht darauf, dass
die Schneidplatten auf gleicher Achse liegend um einen bestimmten
Winkel so gegeneinander verdreht werden, dass die unterschiedlichen
Flugbahnen eine Trennung in mehrere Späne erzwingen. Es ist bekannt,
dass eine Schnittaufteilung durch die Verkleinerung der Spanungsbreite
bei gleichzeitiger Erhöhung
der Spanungsdicke den Fräsprozess
deutlich stabilisiert.
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Für die Schneidplatte
kann eine übliche Wendeschneidplatte
verwendet werden von polygonaler Form. Vorzuziehen ist jedoch nach
einer Ausgestaltung der Erfindung eine Schneidplatte gleicher Kantenlänge, z.B.
eine quadratische, sechs- oder achteckige Schneidplatte. Vorzugsweise
sind die Schneidplatten jeweils paarweise in zueinander verdrehter
Drehposition angeordnet. Mit anderen Worten, in Umfangsrichtung
gesehen hat jede übernächste Schneidplatte
die gleiche Drehposition wie die Ausgangsschneidplatte. Die dazwischenliegenden
Schneidplatten sind jeweils um einen bestimmten Winkel verdreht.
Bei einer Oktaederplatte beträgt dieser
Winkel 22,5° und
bei einer quadratischen Platte 45°.
Bei einer quadratischen Schneidplatte in erfindungsgemäßer Anwendung
ergibt sich immerhin eine mögliche
Spanunterteilung von drei Spänen.
Bei einer Oktaederplatte ergibt sich eine maximale Spänezahl von
fünf.
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Da
die Schwingungsanfälligkeit
im System mit der Zähnezahl
ansteigt, wird mit dem Prinzip des gleichzeitigen Anstiegs der Spanteilungen
eine wirksame Maßnahme
zur dynamischen Stabilität
erreicht. Die koaxiale Durchdringung ist insbesondere mit einer
Oktaeder-Wendeschneidplatte besonders für Fräsarbeiten effektiv, bei denen
in einem Arbeitsgang große
Schnitttiefen abzuspanen oder große Werkzeugauskragungen notwendig
sind. Derartige Einsatzfälle
liegen beim Ausfräsen
von Taschen und Auskoffern von Gesenken vor. Auch das Tauchfräsen lässt sich
wirtschaftlich gestalten, da auch in Werkzeugachsrichtung eine Schnittaufteilung
erzwungen wird.
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Die
Erfindung ist sowohl für
Monoausführung (Anbringung
der Schneidplatten unmittelbar am Grundkörper) als auch in Kassettenausführung vorteilhaft.
Bei der Kassettenausführung
nimmt der Grundkörper
bekanntlich in Aufnahmen einzelne Kassetten auf, die ihrerseits
dann Aufnahmen für
die Schneidplatten aufweisen.
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Erfindungsgemäß sind die
Aufnahmen im Grundkörper
so gestaltet, dass sie die polygonalen Schneidplatten in mindestens
zwei verschiedenen Drehpositionen aufnehmen können. Hierfür sind in Sitzflächen der
Aufnahmen für
eine Drehposition Ausnehmungen geformt, deren Flächen Sitzflächen für die zweite Drehposition der
Schneidplatten bilden. Eine derartige Ausbildung des Grundkörpers erfordert
naturgemäß eine derartige
Ausbildung der Aufnahmen nur für
die jeweils übernächsten Aufnahmen,
während
die dazwischenliegenden Aufnahmen herkömmlich ausgeführt sein
können.
Eine derartige Ausbildung des Grundkörpers hat den Vorteil, dass mit
demselben Werkzeug und den gleichen Wendeschneidplatten sowohl ohne
als auch mit Schnittaufteilung gearbeitet werden kann. Lässt es die
Stabilität im
System zu, kann ohne Schnittaufteilung gefräst werden (alle Wendeschneidplatten
befinden sich in Normalstellung ohne Verdrehung). Hierbei kommt
es nicht zu einer Verdoppelung des Zahnvorschubs und die Gefahr
einer Überbelastung
der Schneiden kann vermieden werden. Liegen dagegen instabile Fräsbedingungen
vor oder sind große
Schnitttiefen zu bewältigen,
dann kann der Anwender in wenigen Minuten durch Verdrehen jeder
zweiten Wendeschneidplatte die koaxiale Schneidendurchdringung realisieren,
ohne dabei einen Werkzeugwechsel vornehmen zu müssen. Zu beachten ist dabei,
dass sich der Zahnvorschub verdoppelt, was aber im Interesse der dynamischen
Stabilität
durchaus gewollt ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs mit Oktaeder-Schneidplatten.
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2 zeigt
schematisch die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs mit quadratischen
Schneidplatten.
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3a und 3b zeigen
einen Plattensitz in einem Grundkörper des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs
mit einem Plattensitz zur Aufnahme quadratischer Schneidplatten.
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4a und 4b zeigen
den Grundkörper
des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs
mit einem Plattensitz zur Aufnahme einer Oktaeder-Schneidplatte.
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In 1 ist
eine erste Oktaeder-Wendeschneidplatte 10 angedeutet sowie
eine zweite Oktaeder-Wendeschneidplatte 12. Sie befinden
sich in einem nicht gezeigten Grund körper in am Umfang aufeinander
folgenden Aufnahmen oder Taschen des Grundkörpers. Wie erkennbar, sind
die Wendeschneidplatten 10, 12 um 22,5° gegeneinander
verdreht, liegen jedoch auf einer Achse. Das Werkstück ist bei 14 angedeutet.
Außerdem
ist die Kontur schraffiert angedeutet, die beim aufeinander folgenden
Spanen mit den Wendeplatten 10 und 12 entsteht.
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Man
erkennt aus 1, dass mit zunehmender Schnitttiefe
die Anzahl der Teilung der entstehenden Späne steigt. Bei maximaler Schnitttiefe
wird eine Spänezahl
von fünf
erreicht. Auf diese Weise wird eine hohe dynamische Stabilität bei großen Schnitttiefen
erzielt.
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In 2 ist
eine erste quadratische Wendeschneidplatte 16 und eine
zweite quadratische Wendeschneidplatte 18 dargestellt,
die aufeinander folgend am Umfang eines nicht weiter dargestellten Trägerkörpers eingespannt
sind. Die Wendeschneidplatten 16, 18 liegen auf
einer Achse, sind jedoch um 45° zueinander
verdreht. Auch hier ist eine axiale Durchdringung vorgesehen und
es wird eine dynamische Stabilität
erreicht bei maximaler Spanzahl von drei. Das Werkstück ist mit 20 bezeichnet,
und man erkennt an der schraffierten gebrochenen Linie die Kontur,
die beim Eingriff mit den Schneidplatten 16, 18 erzeugt
wird.
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Je
nach Durchmesser und Ausbildung des Trägerkörpers kann eine Vielzahl von
Schneidplatten 10, 12 bzw. 16, 18 aufgenommen
werden, was jedoch im Einzelnen hier nicht dargestellt ist. Die
Aufnahme der Schneidplatten 10, 12 bzw. 16, 18 erfolgt unmittelbar
in entsprechenden Ausnehmungen, Taschen bzw. Sitzen des Grundkörpers oder
in Kassetten, die in Ausnehmungen des Grundkörpers befestigt sind. Die verschiedenen
Befestigungsarten von Platten unmittelbar (Monoausführung) oder
von Kassetten sind allgemein bekannt. In den 3 und 4 ist
die Anordnung in Monoausführung
für quadratische
und Oktaeder-Wendeschneidplatten dargestellt.
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In 3 ist
bei 22 ein Grundkörper
angedeutet mit einer Aufnahme oder Tasche 24 für die Aufnahme
einer quadratischen Wendeschneidplatte 26. 3b zeigt
die Normalaufnahme der Wendeschneidplatte 26 (Schneide
2). 3a zeigt die um 45° verdrehte
Wendeschneidplatte 26 (Schneide 1). Die Taschen oder Aufnahmen 24 sind
in gewünschter Teilung
am Trägerkörper 22 vorgesehen.
Die Schneiden 1 und 2 folgen abwechselnd in Umfangsrichtung gesehen.
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Man
erkennt, dass in die Sitzflächen 28, 30 Ausnehmungen 32, 34 geformt
sind, welche Sitzflächen 36 bzw. 38 bilden.
Sie dienen zur Festlegung der Schneide 1 gemäß 3a.
Man erkennt, dass ein Fräsvorgang
entweder mit den Schneiden 26 in der Normalstellung vorgenommen
werden kann oder in der erfindungsgemäßen Weise, bei der die Drehpositionen
der Schneiden 26 am Umfang des Grundkörpers abwechseln. Dabei ist
lediglich bei jeder zweiten Ausnehmung 24 die Ausbildung
der Ausnehmungen 32, 34 erforderlich, um die beschriebene Wirkungsweise
zu realisieren.
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Bei
der Ausführungsform
nach 4 ist gemäß 4a eine Oktaeder-Wendeschneidplatte 40 in
normaler Drehposition und die Wendeschneidplatte 40 von
der gleichen Ausbildung in einer um 22,5° verdrehten Position in einer
Aufnahme 42 eines Grundkörpers 44 angeordnet.
Zur Festlegung in 4 sind lediglich die Sitzflächen 46 bzw. 48 erforderlich.
Bei einer Verdrehung um 22,5° wirken
Sitzflächen 50 bzw. 52 mit
der Schneide 2 zusammen, um die Oktaederplatte in dieser Drehposition
festzulegen. Die Ausbildung der Aufnahmen, Plattensitze oder dergleichen
nach 4a und 4b ist
im Hinblick auf die zusätzlichen
Sitzflächen 50, 52 jeweils
nur für jede
zweite Aufnahme erforderlich.
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Auch
in den 3 und 4 sind die Spannmittel zur Festlegung
der Platten 26 bzw. 40 nicht dargestellt. Sie können von
herkömmlicher
Ausbildung sein.