DE19848045C2 - Wendeplattenfräser - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wendeplattenfräser nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Aus DE 43 04 071 C1 ist ein Wendeplatten-Planfräser bekanntgeworden, bei dem die
Fräswendeplatten in Plattensitzen angeordnet sind, die in Spankammern des
Fräskörpers ausgebildet sind. Der Plattensitz und die Fräswendeplatte sind so ange
ordnet, daß ein negativer radialer Winkel des Plattensitzes, ein negativer axialer Win
kel des Plattensitzes und ein positiver effektiver Spanwinkel jeweils 12° bis 18°, vor
zugsweise 15° betragen. Trotz des großen effektiven Spanwinkels ergibt sich für die
Wendeplatten ein stabiler Querschnitt, da die Seitenflächen (Freiflächen) rechtwinklig
zur Auflagefläche verlaufen können. Die Spankammern sind relativ kurz. Sie können
daher mit relativ kurzen Fräswerkzeugen eingearbeitet werden, was den Herstellungs
aufwand klein hält. Die Geometrie der Spankammern ermöglicht darüber hinaus eine
kleinere Teilung des Planfräsers, d. h. eine höhere Schneidenzahl. Schließlich können
die Bohrungen im Werkzeughalter zur Befestigung der Wendeplatten verhältnismäßig
lang ausgeführt werden. Dadurch wird die Sicherheit des Plattensitzes weiter erhöht.
Beim Hochgeschwindigkeitsfräsen wird die Befestigung von Wendeplatten sehr stark
belastet. Es besteht dabei die Gefahr, daß die hohen Fliehkräfte Schraubbefestigungen
lösen bzw. zum Abscheren der Spannschrauben führen. Unabhängig davon wird eine
Befestigung der Wendeplatte durch die Schneidkräfte stark beansprucht, vor allem bei
einem negativen Einbauwinkel.
Aus DE 197 01 555 A1 ist ein Wendeplattenfräser bekanntgeworden, bei dem keil
förmige Stützabschnitte vorgesehen sind, die sich am Fräskörper befinden, während
die Wendeplatte Stütznuten aufweist. Bei dem bekannten Wendeplattenfräser erfolgt
durch das Zusammenwirken von Stütznuten und Stützabschnitten ein Zentrieren der
Wendeplatte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wendeplattenfräser zu schaf
fen, bei dem die Wendeplatten so im Fräskörper angeordnet und befestigt sind, daß sie
hohen Schneid- und Fliehkräften standzuhalten vermögen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Fräser weist die Wendeplatte gegenüberliegend den
Schneidkanten zwei erhabene längliche im Querschnitt keilförmige Stützabschnitte
mit parallel beabstandeten länglichen Stützflächen auf. In den Plattensitzen ist angrenzend
an die zweite Auflagerfläche, welche die radiale Belastung der Platte auffängt
und gegen die somit die Seitenfläche der Wendeplatte anliegt, jeweils eine Aus
nehmung geformt mit Flächen annähernd parallel zur zweiten Auflagerfläche. Die
Ausnehmung ist im Querschnitt komplementär zum Querschnitt der Stützabschnitte
geformt derart, daß der eine Stützabschnitt annähernd formschlüssig in der Aus
nehmung aufgenommen ist und die Wendeplatte beim Anziehen der Befestigungs
schraube aufgrund der Keilwirkung gegen die zweite Auflagerfläche gedrückt wird,
während sich die Stützfläche des anderen Stützabschnitts gegen einen radial äußeren
Abschnitt der ersten Auflagerfläche anlegt.
Mit anderen Worten, die radiale Auflagerfläche bildet zusammen mit einer Keilfläche
der Ausnehmung die Möglichkeit einer formschlüssigen Verbindung mit dem kom
plementär geformten Stützabschnitt. Infolge der Keilwirkung wird bei Anziehen der
Befestigungsschraube eine Kraftkomponente gegen die radiale Anlagefläche erzeugt.
Dadurch wird die Wendeplatte im Trägerkörper zentriert und gegen radiales Wandern
nach außen wirksam gesichert.
Die rückseitige Stützfläche des jeweils anderen Stützabschnitts liegt dabei auf der
ersten Auflagerfläche des Fräserkörpers auf. Die Wendeplatte hat daher einen
brückenartigen Querschnitt an der Rückseite. Die Wendeplatte ist daher relativ breit
abgestützt.
Die erfindungsgemäße Konstruktion weist mehrere Vorteile auf. Die Wendeplatte
kann unter einem relativ großen negativen Einbauwinkel angeordnet werden. Dadurch
ergibt sich eine günstige Spankammer mit relativ kleinem Volumen, das ermöglicht,
daß ein enger Zahnteilungswinkel erhalten werden kann, d. h. eine große Schneiden
zahl am Umfang des Fräsers. Gleichwohl wird verhindert, daß die Wendeplatte durch
Schnittkräfte herausgezogen wird.
Trotz enger Zahnteilung können vergleichsweise stabile Wendeplattenquerschnitte mit
großen positiven Freiwinkeln und Spanwinkeln eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil ist die gute Bearbeitbarkeit der Plattensitze (bei großem nega
tivem Einbauwinkel). Es können relativ kurze und stabile Bearbeitungswerkzeuge mit
geringen Ausspannlängen eingesetzt werden.
Der Zentriereffekt des beschriebenen Spannsystems sorgt dafür, daß die Wendeplatten
zwangsläufig mit hoher Rundlaufgenauigkeit gespannt werden können. Ein Verdrehen
der Wendeplatte oder radiales Verschieben ist ausgeschaltet, und zwar sowohl wäh
rend des Spannvorgangs als auch bei Schnittbelastung im Einsatz. Neben der erhöhten
Spannsicherheit ergeben sich als Nebeneffekt Vorteile beim Wenden oder Wechseln
der Wendeplatten. Beim Spannvorgang ist die Wendeplatte nur noch in axialer Rich
tung gegen die Anlage des Plattensitzes zu schieben.
Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion ist jedoch die große Festigkeit
des Sitzes der Wendeplatte im Hinblick auf angreifende Schnittkräfte und hohe Flieh
kräfte.
Die radiale Anlagefläche in der Ausnehmung einerseits und die radiale Anlagefläche
für die Seitenwandung der Wendeplatte andererseits können von unterschiedlichen
Flächen gebildet sein. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch vorteil
haft, wenn die zweite Auflagerfläche eine Wand der Ausnehmung bildet.
Wie schon erwähnt, ist der Rücken der Wendeplatte im Querschnitt vorzugsweise tra
pezförmig. Der Plattensitz kann an der der Rückseite zugewandten ersten Auflager
seite einen rechteckigen Sockel in Form eines Pyramidenstumpfes aufweisen, der um
die Gewindebohrung herum geformt ist und dessen zur zweiten Auflagerfläche hin
gerichtete Wand die die Keilfläche bildende Wand der Ausnehmung darstellt.
In Entsprechung zur obigen Ausführungsform kann die Rückseite der Wendeplatte als
rechteckiger Rahmen ausgebildet sein, von denen zwei gegenüberliegende Seiten die
Stützabschnitte bilden und die Stützflächen aufweisen. Die Rahmen verbinden die
Stützabschnitte miteinander und stabilisieren somit die Wendeplatte gegen uner
wünschte Verformungen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Spankammer eine axiale
dritte Auflagerfläche auf, gegen die eine Stirnseite der Wendeplatte zur Anlage
gelangt. Eine derartige Auflagerfläche ist jedoch bei Wendeplattensitzen in Fräskör
pern an sich bekannt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Achse der Gewindebohrung
so angeordnet, daß die Befestigungsschraube die Wendeplatte gegen die dritte Auf
lagerfläche andrückt. Dadurch ist die Wendeplatte gegen die dritte Auflagerfläche
vorgespannt.
Die Wendeplatte wird im Fräskörper vorzugsweise mit einem relativ großen positiven
Axialwinkel eingebaut, die Freifläche der Wendeplatte der Hauptschneidkante ist nach
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise ballig. Die Spanfläche ist
nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung in Form einer Hohlkehle ausgeführt.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Wendeplatte an den Stirn
seiten eine Nebenschneidkante aufweisen mit Eckradius und Planfase.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Fräskörpers eines Wendeplatten
fräsers nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 zur Veranschaulichung des Ferti
gungsvorgangs.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2, jedoch für einen herkömmlichen
Wendeplattenfräser.
Fig. 4 zeigt die Lage der Wendeplatte nach der Erfindung zur Fräserachse.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Wendeplattenfräsers nach
der Erfindung.
Fig. 6 zeigt unterschiedliche Einbaulagen der Wendeplatte im Wendeplattenfräser
nach der Erfindung.
In den Figuren ist ein schaftartiger Fräskörper 1 vorgesehen für einen Eckfräser, der
an einem Ende in Umfangsabständen Spankammern 14 aufweist, die Plattensitze für
Wendeplatten 2 enthalten. Die Wendeplatte 2 hat eine mittige Durchbohrung 30, eine
Rückseite, die als rechteckiger Rahmen 32 geformt ist, zwei gegenüberliegende Stirn
seiten 34 sowie eine Vorderseite 36, die als Hohlkehle geformt ist. Die Seiten der
Wendeplatte 2 weisen eine Freifläche 9 auf, die mit einer Spanfläche 10, die Bestand
teil der Hohlkehle 36 ist, eine Schneide oder Schneidkante 36 bildet. Die unterhalb der
Freifläche 9 liegende Seitenfläche 38 bildet eine Anlagefläche für die Anlage gegen
eine Auflagerfläche 16 des Plattensitzes, worauf weiter unten noch eingegangen wird.
Mit 19 ist eine Nebenschneide bezeichnet, die einen Eckradius und eine Planfase hat
zur Erzielung guter Oberflächen. Für den vorliegenden Zusammenhang ist sie jedoch
von geringerer Bedeutung.
Der in Fig. 1 dargestellte Querschnitt der Wendeplatte 2 ergibt an der Rückseite eine
trapezförmige Ausnehmung 18, so daß an der Rückseite der Wendeplatte zwei beab
standete Stützabschnitte 40, 42 gebildet sind mit hinteren Stützflächen 15, die parallel
und in einer Ebene verlaufen. Die Querverbindungen der Stützabschnitte 40, 42 an den
Enden über die anderen Abschnitte des Rahmens 32 dienen der Stabilität.
Wie erkennbar ist die Wendeplatte 2 bezüglich ihrer Längsachse symmetrisch
geformt. Sie ist mithin eine zweischneidige Wendeplatte.
Der Plattensitz der Spankammer 14 weist eine erste Auflagerfläche 15 in Form einer
länglichen schmalen Fläche an der radialen Außenseite der Spankammer 14 auf. Fer
ner ist eine zweite radiale Auflagerfläche 16 geformt, die sich im Abstand und in
einem Winkel zur ersten Auflagerfläche 15 erstreckt. Sie dient der Anlage der Seitenfläche
38 der Wendeplatte 2. Die zweite Auflagerfläche 16 ist die Wand einer im
Querschnitt trapezförmigen Ausnehmung 12. Die andere Wand der Ausnehmung 12
wird von einer keilförmigen Fläche 17 geformt, die Teil eines quadratischen oder
rechteckigen, pyramidenstumpfartigen Sockels 46 ist, der eine Gewindebohrung 24
aufweist. Die Gewindebohrung 24 dient zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 3,
die durch die Bohrung 32 der Wendeplatte 2 hindurchgeführt wird und diese am Plat
tensitz befestigt. Hierbei greift einer der beiden Stützabschnitte 40 formschlüssig in
die Ausnehmung 12, während der andere Stützabschnitt mit seiner Stützfläche 44
gegen die Auflagerfläche 15 des Fräskörpers 1 zur Anlage gelangt. Der Querschnitt
der Wendeplatte 2 ist daher brückenförmig. Aufgrund der Keilwirkung der Keilfläche
17 und der entsprechenden keilförmigen Ausbildung des Stützabschnitts 40 wird der
Stützabschnitt in der Ausnehmung 12 wirksam festgelegt. Gleichzeitig erfolgt eine
feste Anlage an der zweiten Auflagerfläche 16. Dadurch ist die Wendeplatte 2 sicher
gehalten, vor allen Dingen gegenüber radialen Kräften, welche die Befestigungs
schraube 3 auf Scherung und Biegung belasten. Die Wendeplatte 2 liegt außerdem an
einer dritten Auflagerfläche 23 an, die die axiale Auflagerfläche darstellt und gegen
die die Wendeplatte 2 geschoben wird, bevor sie mit Hilfe der Befestigungsschraube
angezogen wird. Die Achse der Gewindebohrung 24 ist so gelegt, daß die Wendeplatte
2 gegen die axiale Auflagerfläche 23 vorgespannt wird. Zwischen dem Sockel 46 und
dem Boden der Ausnehmung 18 der Wendeplatte 2 besteht ein Abstand. Die Zentrie
rung der Wendeplatte 2 findet daher im wesentlichen über den Eingriff eines Stütz
abschnitts 40 mit der Ausnehmung 12 statt. Dieser Eingriff hat jedoch zur Folge, daß
hohe radiale oder nach außen wirkende Kräfte aufgrund von Fliehkräften und von
Schnittkräften aufgenommen werden können.
Fig. 2 zeigt noch einmal eine ähnliche Anordnung eines Fräsers und einer Wende
platte wie Fig. 1. Ferner ist ein Fräswerkzeug 50 angedeutet zur Herstellung der Span
kammer 14. Man erkennt, daß eine viel kürzere Werkzeuglänge erforderlich ist, um
die Spankammer 14 zu fertigen als zum Beispiel beim Werkzeug 50a nach Fig. 3, in
der ein herkömmlicher Eckfräser dargestellt ist, wie er etwa durch die DE 43 04 071
bekanntgeworden und weiter oben beschrieben ist.
Fig. 4 zeigt die Anordnung der Wendeplatte 2 im Hinblick auf die Achsen A, B und C
des Fräsers. A ist die Längsachse des Schaftes 1 und zugleich die Drehachse. In Fig. 4
ist der Einbauwinkel 4 der Wendeplatte 2 im Fräskörper 1 zu erkennen. Der Einbau
winkel beträgt im vorliegenden Fall zwischen 35 und 45°. Die dadurch ermöglichte
enge Zahnteilung ergibt sich aus dem Zahnteilungswinkel 7 nach Fig. 1.
Aus Fig. 4 geht auch die Geometrie der Wendeplatte hervor. Es liegt ein großer Frei
winkel 5 vor, ein großer Spanwinkel 6 und ein großer Stirnfreiwinkel 13. Die Wende
platte 2 ist zum Beispiel geschliffen. Der große positive Axialwinkel 18 (Drall) ergibt
sich durch die bei enger Zahnteilung zwangsläufig klein anfallenden Spankammern
14. Gleichwohl werden die Späne axial wendelförmig ausreichend wirksam abgeführt.
In Fig. 6 sind in einem Schnitt eines Teils eines Fräsers nach der Erfindung identische
Wendeplatten 2 dargestellt, die jedoch unterschiedliche Anlagewinkel aufweisen bei
etwa gleich großem Schnittwinkel. In der linken Darstellung von Fig. 6 ist der Winkel
45°, in der mittleren Darstellung 15 und in der rechten Darstellung 2°. In allen Fällen
bewirkt die formschlüssige Spannung hohe Spannsicherheit, besonders gegen radial
nach außen wirkende Kräfte.
Claims (14)
1. Wendeplattenfräser mit einem Fräskörper, der am Umfang beabstandete Span
kammern aufweist, in denen Plattensitze für Wendeschneidplatten geformt sind,
und in einer Gewindebohrung im Plattensitz einschraubbaren Befestigungsschrau
ben zur Befestigung der Wendeplatten über ein mittiges Loch, wobei der Platten
sitz eine annähernd senkrecht zur Gewindebohrung sich erstreckende erste Auf
lagerfläche aufweist, gegen die die Rückseite der Wendeplatten anliegen und eine
zweite Auflagerfläche an der Innenseite der Spankammern, gegen die die Wende
platten seitlich anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendeplatten (2) gegen
überliegend den Schneidkanten zwei erhabene längliche im Querschnitt keil
förmige Stützabschnitte (42) aufweisen mit unteren parallel beabstandeten läng
lichen Stützflächen (44) und dass angrenzend an die zweite Auflagerfläche (16) in
den Plattensitzen jeweils eine Ausnehmung (12) geformt ist, deren Achse
annähernd parallel zur zweiten Auflagerfläche (16) verläuft und die im Quer
schnitt komplementär zum Querschnitt der Stützabschnitte (40) geformt ist derart,
dass der eine Stützabschnitt (40) annähernd formschlüssig in der Ausnehmung
(12) aufgenommen ist und die Wendeplatte (2) beim Anziehen der Befestigungs
schraube (3) aufgrund der Keilwirkung gegen die zweite Auflagerfläche (16)
gedrückt wird, während sich die Stützfläche (44) des anderen Stützabschnitts (40)
an einem radial äußeren Abschnitt der ersten Auflagerfläche (15) anlegt.
2. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auflagerfläche
(16) eine Wand der Ausnehmung (12) bildet.
3. Fräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß um die Gewindeboh
rung (24) herum ein rechteckiger pyramidenstumpfförmiger Sockel (46) geformt
ist, dessen zur zweiten Auflagerfläche (16) hin gerichtete Wand die zweite
Wandfläche der Ausnehmung (12) bildet.
4. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück
seite der Wendeplatte (2) als rechteckiger Rahmen (32) ausgebildet ist, von dem
zwei gegenüberliegende Seiten die Stützabschnitte (40) bilden und die Stützflä
chen (44) aufweisen.
5. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Span
kammer (14) eine axiale dritte Auflagerfläche (23) aufweist, gegen die eine Stirn
seite (34) der Wendeplatten (2) zur Anlage gelangt.
6. Fräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Gewindeboh
rung (24) so angeordnet ist, daß die Befestigungsschraube (3) die Wendeplatten
(2) auch gegen die dritte Auflagerfläche (23) drückt.
7. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück
seite der Wendeplatten (2) eine im Querschnitt trapezförmige Ausnehmung (18)
aufweist.
8. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wendeplatten (2) einen großen negativen Einbauwinkel aufweisen, vorzugsweise
im Bereich von 35 bis 45°.
9. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wendeplatten (2) einen großen positiven Freiwinkel (5) und/oder Spanwinkel (6)
und/oder Stirnflächenfreiwinkel (13) aufweisen.
10. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wendeplatte (2) im Fräskörper (1) mit einem großen positiven Axialwinkel einge
baut sind.
11. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frei
flächen (9) der Hauptschneidenkante ballig sind.
12. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Span
fläche (36) hohlkehlenförmig ist.
13. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
den Stützflächen (44) und dem Boden der Ausnehmung (12) ein Freiraum besteht.
14. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wendeplatten (2) an den Stirnenden eine Nebenschneidkante (19) aufweisen mit
Eckradius und Planfase.
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