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Wendeplattenfräskopf Die Erfindung betrifft einen Wendeplattenfräskopf,
dessen mehrfach abnutzbare, plattenartige Schneidelemente, die sogenannten Wendeplatten,
in Nuten eines rundlaufenden Werkzeugkörpers lösbar eingespannt sind und zur Erzielung
einer sogenannten Wendelspangeometrie mit negativem Radialwinkel sowie mit positivem
Axialwinkel bezüglich der wirksamen Hauptschneiden arbeiten.
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Wendeplattenfräsköpfe haben gegenüber den Messerköpfen den Vorteil,
daß ein Nachschleifen abgearbeiteter Schneidkanten entfällt. Beim Wendeplattenfräskopf
braucht lediglich ein Verdrehen der Wendeplatten vorgenommen zu werden, um wieder
einwandfreie Schneiden in Arbeitsstellung zu bringen, nachdem ein Teil der Schneiden
abgearbeitet war. Nach der Abnutzung aller einsetzbaren Schneiden werden die Schneidelemente
durch neue ersetzt.
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Es ist bekannt, Wendeplattenfräsköpfe mit rein prismatischen Wendeschneidplatten
zu bestücken. Diese Schneidplatten bieten den Vorteil, daß sie z. B. bei vierteiliger
Ausführung über acht Schneidkanten verfügen, die aufeinanderfolgend abgearbeitet
werden können. Um jedoch die notwendige Freistellung der Haupt- und Nebenschneiden
beim Betrieb zu erzielen, müssen diese Schneidelemente mit negativer Schneidengeometrie,
d. h. mit negativem Radial- und Axialwinkel, in den Werkzeugtragkörper eingesetzt
werden. Zufolge dieser Schneidengeometrie tritt ein großer Schnittdruck auf, und
es entstehen bei der Bearbeitung langspanender Werkstoffe zylindrisch gerollte oder
leicht kegelförmige Späne, die große Spanräume erforderlich machen.
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Bei größeren Fräsbreiten wie auch bei großen Schnittiefen können dadurch
außerordentlich große Spanräume erforderlich werden, die den Einsatz großer und
damit sehr teurer Schneidelemente notwendig machen, was um so mehr ins Gewicht fällt,
als es sich bei diesen Schneidelementen um Wegwerfteile handelt.
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Neben den rein prismatischen, d. h. von jeweils aufeinander senkrecht
stehenden Flächen begrenzten Schneidelementen sind auch Wendeplatten bekannt, die
im wesentlichen pyrarnidenstumpfförmig ausgebildet sind. Diese Wendeplatten können
mit positiver Schneidengeometrie, d. h. mit positivem Radial- und Axialwinkel, in
den Werkzeugtragkörper eingesetzt werden, weil die Schneiden entsprechend der pyramidenstumpfförmigen
Ausbildung der Wendeplatte hinterschliffen und damit freigestellt sind. Dem steht
jedoch der Nachteil gegenüber, daß bei diesen Wendeplatten lediglich vier, d. h.
nur die halbe Anzahl gegenüber den prismatischen Schneidelementen, aufeinanderfolgend
abarbeitbare Schneidkanten zur Verfügung stehen. Das bedeutet, daß der Preis je
Schneidkante im Vergleich mehr als das Doppelte beträgt.
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Während ein mit positiver Schneidengeometrie arbeitendes Werkzeug
mit einem - verglichen mit der negativen Schneidengeometrie - wesentlich geringen
Schnittdruck arbeitet, ist auch hier die Spanabführung bei Bearbeitung langspanender
Werkstoffe noch nicht befriedigend. Andererseits ist es vom Bau der sogenannten
Messerköpfe, d. h. der Werkzeuge, deren Werkzeugtragkörper richtige, den Schneidstoff
hart aufgelötet tragende Messer enthält, her bekannt, daß der Einsatz der Messerschneiden
mit sogenannter Wendelspangeometrie schraubenförmig gewendelte Späne ergibt, die
etwa parallel zur Hauptschneide aus dem Spanraum hervorwachsen und unabhängig von
der Spanlänge, d. h. also unabhängig von der Schnittbreite und auch weitgehend unabhängig
von der Schnittiefe, nur einen kleinen Spanraum erfordern. Diese Wendelspangeometrie
ist dadurch gekennzeichnet, daß in bestimmter Zuordnung die Hauptschneide des Messers
jeweils mit positivem Axialwinkel und einem negativen Radialwinkel arbeitet.
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Es liegt auf der Hand, daß eine derartige Schneidengeometrie bei einem
normalen bekannten prismatischen Schneidelement deshalb nicht verwendet werden kann,
weil bei dem erforderlichen positiven Axialwinkel eine Freistellung der Nebenschneide
nicht möglich wäre. Wohl ließe sich eine pyramidenstumpfförmige Wendeplatte in entsprechender
Weise zum Einsatz bringen, doch weist diese die grundsätzlichen Nachteile auf, daß
sie nur vier abarbeitbare Schneidkanten enthält.
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Ziel der Erfindung ist es, einen Wendeplattenfräskopf zu schaffen,
dessen Schneidelemente oder Wendeplatten z. B. bei etwa quadratischer Querschnittsform
über acht nacheinander einsetzbare
Schneidkanten verfügen und der
sich auch bei der Bearbeitung langspanender Werkstoffe bei Verwendung kleiner Wendeschneidplatten
durch einen freien Spanablauf auszeichnet, der unabhängig von Schnittbreite und
Schnittiefe ist, wie es durch die verwendete Schneidengeometrie bedingt ist. Zur
Lösung dieser Aufgabe ist der Wendeplattenfräskopf gemäß der Erfindung derart ausgebildet,
daß bei Verwendung bekannter prismatischer Schneidplatten mit anschließend an jede
Hauptschneide angeschliffenen Schneidecken, die als Nebenschneiden wirken, die Freiflächen
dieser Nebenschneiden in den Mantelflächen eines Pyramidenstumpfes liegen und die
Schneidelemente -in aufeinanderfolgenden Nuten des Werkzeugkörpers jeweils abwechselnd
mit positivem Freiwinkel der Nebenschneide und um 180° gewendet mit negativem Freiwinkel
der Nebenschneide eingesetzt sind, wobei die mit negativem Freiwinkel der Nebenschneide
eingesetzten Schneidplatten in Richtung der Hauptschneide zurückversetzt sind, so
daß die Nebenschneiden außer Eingriff mit der Fräsfläche stehen.
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An sich ist es bekannt, bei prismatischen Wendeplatten Nebenschneiden
anzuordnen, deren Freiflächen im Mantel eines Pyramidenstumpfes liegen. Diese Wendeplatten
arbeiten jedoch mit einem negativen Axialwinkel, so daß das Werkzeug keine Wendelspäne
liefert.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Grundfläche der im Werkzeugkörper vorhandenen
Nuten parallel zur wirksamen Hauptschneide der eingespannten Schneidplatte ist,
wobei Schneidplatten mit gerader Seitenzahl Verwendung finden. Damit verlaufen die
Nutengrundflächen etwa in der Richtung des Eckwinkels der Hauptschneiden. Die Einstellung
der einzelnen Wendeplatten ist dadurch sehr einfach, weil diese -ob umgewendet oder
nicht gewendet eingesetzt -lediglich auf dem Nutengrund aufgelegt zu werden brauchen,
wobei dann die nicht gewendet eingesetzten Platten mit ihren Nebenschneiden auf
eine gemeinsame Schnittebene der Nebenschneiden ausgerichtet werden, während die
umgewendet eingesetzten Platten etwas längs des Nutengrundes verschoben werden,
so daß die Nebenschneiden außer Eingriff mit der Fräsfläche stehen.
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Dadurch, daß die umgewendet eingesetzten Platten längs der Hauptschneide
etwas verschoben gegenüber den benachbarten ungewendeten Platten in den Werkzeugtragkörper
eingefügt sind, wird ein kurzes Teilstück der Hauptschneiden der nicht gewendeten
Platten mit dem doppelten Vorschub je Schneide belastet. Dies ist so lange unbeachtlich,
als die Ausnutzung der Schneide nicht an den zulässigen Grenzwert heranreicht, was
in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle deswegen der Fall ist, weil eine hohe Schneidenbelastung
auch erhebliche Voraussetzungen von Seiten der Werkzeugmaschine, beispielsweise
bezüglich deren Antriebsleistung und Frässpindelführung, voraussetzt. Die erhöhte
Belastung der Teilstücke der Hauptschneiden der nicht gewendeten Platten läßt sich
aber dadurch noch wesentlich verringern bzw. ganz aufheben, daß Schneidelemente
verwendet werden, die im Bereich ihrer Hauptschneiden jeweils zumindest eine Anfasung
aufweisen, deren Fläche rechtwinklig zur Schneidelementquerschnittsfläche steht
und deren zugeordneter Eckwinkel größer als jener der anschließenden Hauptschneide
ist. Durch geeignete Wahl der Eckwinkel läßt sich erreichen, daß die Hauptschneiden
praktisch überall die gleiche Mittenspandicke erzeugen und demgemäß auch eine völlig
gleichmäßige Belastung der wirksamen Teile der Schneidelemente gegeben ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Messerkopf bekannter Bauart, im perspektivischen
Ausschnitt, zur Veranschaulichung der Spanbildung bei negativer Schneidengeometrie,
F i g. 2 einen Messerkopf bekannter Bauart, in einer Darstellung entsprechend F
i g. 1, zur Veranschaulichung der Spanbildung beim Vorliegen einer Wendelspangeometrie,
F i g. 3 einen Wendeplattenfräskopf gemäß der Erfindung, in-perspektivischer Darstellung,
im Ausschnitt und F i g. 4 bis 6 jeweils ein Schneidelement des Wendeplattenfräskopfes
nach F i g. 3, in Arbeitsstellung, in einem anderen Maßstab.
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Der Wendeplattenfräskopf (F i g. 3) weist einen üblichen, rundlaufenden
Werkzeugkörper 1 auf, der längs seiner Umfangsfläche mit Nuten 2 versehen ist, in
die mittels eingeschraubter Spannteile 4 Schneidelemente 3 eingeklemmt sind, die
in axialer Richtung durch Einsatzstücke 6 gehalten sind. In Umlaufrichtung vor den
Schneidelementen 3 sind Spanräume angeordnet, wie sie bei S veranschaulicht sind.
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Die Schneidelemente 3 sind als sogenannte Wendeplatten ausgebildet,
d. h., sie sind auf Grund ihres Aufbaues dazu eingerichtet, in verschiedenen Stellungen
bezüglich des Werkzeugkörpers 1 zum Einsatz gebracht werden zu können. Sie weisen
eine im wesentlichen prismatische Gestalt auf, wobei jede ihrer Stirnflächen jeweils
zwei Hauptschneidkanten bi enthält, so daß das gesamte Schneidelement über acht
nacheinander abarbeitbare Hauptschneiden verfügt. Die Hauptschneiden bi in Arbeitsstellung
aller Schneidelemente 3 liegen auf einem gemeinsamen Flugkegel, so daß sie gleichmäßig
an der Materialabtragung teilnehmen.
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Arbeiten die Schneidelemente eines Wendeplattenfräskopfes - oder eines
Messerkopfes - ganz allgemein mit negativer Schneidengeometrie, d. h. mit negativem
Radial- und Axialwinkel, wie sie bei rein prismatischen Schneidelementen wegen der
erforderlichen Freistellung der Haupt- und Nebenschneiden an sich erforderlich ist,
so ergibt sich eine Spanbildung bei langspanenden Materialien, wie sie grundsätzlich
in F i g. 1 veranschaulicht ist: Die Späne 8 sind spiralenförmig gewunden, wodurch
verhältnismäßig große Spanräume 9 erforderlich werden, deren Grund zur Spanlenkung
beitragen kann und dann einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt ist. Vorzuziehen
ist eine Spanbildung der in F i g. 2 dargestellten Art, bei der die Späne 8a sich
als schraubenförmige Wendeln bei ihrer Entstehung aus dem Spanraum 9a hervorwinden,
wodurch wesentlich kleinere Spanräume erforderlich sind. Erreicht wird diese Spanbildung
dadurch, daß die Hauptschneiden der Schneidelemente mit negativem Radialwinkel sowie
mit positivem Axialwinkel arbeiten. Diese Schneidengeometrie wird als die sogenannte
Wendelspangeometrie bezeichnet.
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In dem Werkzeugkörper-1 des erfindungsgemäßen Wendeplattenfräskopfes
sind die Schneidelemente 3 derart angeordnet, daß ihre wirksamen Hauptschneiden
bi mit der erwähnten Wendelspangeometrie zum Einsatz kommen. Zufolge des negativen
Radialwinkels dieser Schneidengeometrie sind die Hauptschneiden
b,
hierbei von vornherein freigestellt. Der positive Axialwinkel bedingt jedoch, daß
die Nebenschneiden b" nicht ohne weiteres freigestellt sind, sondern durch eine
angeschliffene Freifläche f freigestellt werden müssen.
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Wie aus den F i g. 3, 4 bis 6 zu ersehen, sind die erfindungsgemäßen
Schneidelemente 3 derart aufgebaut, daß sie eine im wesentlichen prismatische Gestalt
mit acht Hauptschneiden b,. aufweisen, an die sich jeweils angeschliffene Schneidecken
(bei b") anschließen, die als Nebenschneiden in der aus den F i g. 4 bis 6 ersichtlichen
Weise wirken und deren Freiflächen f in den Mantelflächen eines Pyramidenstumpfes
liegen.
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Die Werkzeugvorschubrichtung ist in diesen Figuren jeweils durch einen
Pfeil angedeutet. Die wirksamen Hauptschneiden b, tragen in der Vorschubrichtung
Material ab, während die Nebenschneiden b" auf der Fräsfläche 7 arbeiten.
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In aufeinanderfolgende Nuten 2 des Werkzeugkörpers 1 sind die Schneidelemente
3 jeweils um 180° umgewendet eingesetzt (F i g. 3), wobei der einfacheren Unterscheidung
wegen die nicht gewendeten Schneidelemente, d. h. die Schneidelemente, die mit einem
positiven Freiwinkel der Nebenschneide b" arbeiten, mit 3 a bezeichnet sind, während
die um 180° umgewendet eingesetzten Schneidelemente, deren Nebenschneidenfreiwinkel
negativ ist, die Bezeichnung 3 b tragen. Zur Veranschaulichung der Angriffsverhältnisse
sind hierbei in den F i g. 4 bis 6 die Schneidelemente 3 a jeweils mit starken Linien
bezeichnet, während das jeweils dahinterliegende Schneidelement 3 b - das in der
nächsten Nut zu denken ist - mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.
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Wie den Figuren zu entnehmen ist, ist die Anordnung der Schneidelemente
3 a und 3 b in dem Werkzeugkörper 1 derart getroffen, daß die umgewendeten Schneidelemente
3 b parallel zur Hauptschneide b1 so weit verschoben sind, daß ihre Nebenschneide
außer Eingriff mit der Fräsfläche 7 steht. Die Grundfläche der Nuten 2, die bei
10 angedeutet ist, verläuft parallel zur Hauptschneide der eingesetzten Schneidelemente
3. Die Schneidelemente liegen jeweils über die Länge der der wirksamen Hauptschneide
b, gegenüberliegenden Stirnfläche auf der Nutengrundfläche auf, wodurch gewährleistet
ist, daß die Hauptschneiden b, aller Schneidelemente unabhängig von der relativen
Lage der Nebenschneiden b" zur Fräsfläche 7 stets auf einem gleichen Flugkreis liegen.
Die Nutengrundfläche 10 verläuft damit - wie aus den Figuren abzulesen - etwa in
der Richtung des Eckwinkels CH, der Hauptschneide b,.
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Bei den Ausführungsformen nach den F i g. 4 und 6, bei denen ein Eckwinkel
CH, der Hauptschneiden bi von 30° (F i g. 6) bzw. von 45° (F i g. 4) vorgesehen
ist, schließen sich an die Hauptschneiden b1 jeweils Anfasungen b2 an, deren Fläche
rechtwinklig zur Schneidelementquerschnittsfläche steht und deren zugeordneter Eckwinkel
CH2 größer als jener (CHl) der anschließenden Hauptschneide b1 ist. Dadurch wird
erreicht - wie sich aus einem Vergleich des stark ausgezogenen Linienzuges des Schneidelementes
3 a mit dem strichpunktierten Linienzug des jeweils zugeordneten Schneidelementes
3 b ohne weiteres ergibt -, daß die resultierende, sich aus den Teilen b1 und b2
zusammensetzende wirksame Hauptschneide bei aufeinanderfolgenden Schneidelementen
bis auf einen geringfügigen, im Bereich der Fräsfläche 7 liegenden Bereich decken,
d. h. auf gleichem Flugkreis liegen. Der übrigbleibende kleine Teilbereich, in dem
der Hauptschneidenteil b2 der Schneidelemente 3 a mit doppeltem Vorschub belastet
ist, ist zum einen sehr klein, zum anderen wird bei zweckmäßiger Wahl der Eckwinkel
C, und C2 die theoretische Spandicke so verteilt, daß die Hauptschneiden praktisch
überall die gleiche Vorschubbelastung aufnehmen. Wird z. B. der Eckwinkel CH, der
Hauptschneiden b1 mit 30° und der Eckwinkel CH, der Fase b2 mit 60° gewählt,
so verhält sich die theoretische Spandicke dieser Hauptschneidenteile (b1
: b2) wie 1: 0,58. Da jedes Schneidelement 3a, 3 b eine wirksame Hauptschneidebi
besitzt, aber nur jedes zweite Schneidelement 3 b eine wirksame Schneide b2 aufweist
und somit doppelt so viele Schneiden b1 wie Schneiden b2 im Eingriff stehen, resultiert
bei dem angegebenen Verhältniswert der Spandicke für alle Schneiden - wie erwähnt
- praktisch die gleiche Vorschubbelastung.
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Es kann zweckmäßig sein, bei bestimmten Eckwinkeln CH, weitere Schneidecken
b4 vorzusehen, deren Schneidkanten bezüglich einer benachbarten wirksamen
Nebenschneide b" jeweils einen Eckwinkel CH4 aufweisen, für den die Bedingung gilt,
daß CH4 > 90° -h CH2 - 2CH, ist. Damit läßt sich, wie im einzelnen
aus den Figuren abzulesen und auch theoretisch unter Berücksichtigung der Spandicke
zu überlegen ist, eine weitere Vergleichmäßigung der Schneidenbelastung erzielen.
Zur Vereinfachung der Herstellung genügt es hierbei, wenn jeweils einander benachbarte
Schneidecken b4, b" eine gemeinsame ebene Freifläche f aufweisen.
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Die neuen Schneidelemente gestatten es zusammen mit der erfindungsgemäßen
Anordnung im Werkzeugkörper, bei allen Schneidelementen acht Hauptschneiden b, gleichmäßig
abzunutzen, bevor die Elemente weggeworfen werden müssen.
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Im Einzelfall wäre es möglich, zusätzlich zu den Schneidecken b4 noch
weitere Schneidecken vorzusehen, wie es auch denkbar wäre, von der im Prinzip viereckigen
Querschnittsgestalt der Schneidelemente abzugehen und beispielsweise eine dreieck-
oder sechseckförmige Gestalt anzuwenden, wenngleich sich in der Praxis die viereckförmige
Gestaltung als besonders zweckmäßig erwiesen hat.