-
Die
Erfindung betrifft ein Bearbeitungswerkzeug für die zerspanende
Bearbeitung von Werkstoffen, insbesondere für Holz oder
holzartige Werkstoffe, Metalle, Kunststoffe und/oder Verbundwerkstoffe der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
-
Bei
der zerspanenden Bearbeitung von Werkstoffen wird eine nacharbeitsfreie
glatte Oberfläche angestrebt, für die die Schneidengeometrie
des Bearbeitungswerkzeuges optimiert werden muss. Insbesondere bei
der Bearbeitung von Holz oder holzartigen Werkstoffen sind aber
verschiedene nachteilige Effekte zu beobachten, die die Qualität der
bearbeiteten Oberfläche beeinträchtigen. Bei der Zerspanung
von Holz tritt beispielsweise die sogenannte Vorspaltung ein. Beim
Abnehmen eines Spanes in Faserrichtung eilt der Schneide ein als
Vorspaltung bezeichneter Riss voraus. Dieser erleichtert zwar die
Bearbeitung und verlängert die Standzeit der Schneide,
führt aber auch zu einer unerwünscht rauen Oberfläche.
Außerdem kann es zu einem Wiederaufstellen der Werkstückfasern
nach dem Trennen kommen.
-
Um
trotz dieser Effekte eine möglichst glatte und nacharbeitsfreie
Oberfläche zu erzielen, muss die Werkzeugschneidkante eine
geringe Schneidkantenverrundung und einen kleinen Keilwinkel aufweisen.
Insbesondere der Keilwinkel unterliegt aber der Einschränkung,
dass ein bestimmter Wert bei verschiedenen Schneidenwerkstoffen
nicht unterschritten werden darf. Bei einem zu geringen Keilwinkel
kommt es schon zu Beginn der Bearbeitung zu einer Abstumpfung der
Schneidenkante mit einer Vergrößerung der Schneidkantenverrundung
und/oder zu Ausbrüchen an der Schneidkante mit der Folge, dass
die erforderliche Schnittgüte nicht erreicht wird.
-
Eine
weitere Einflussgröße ist der zu bearbeitende
Werkstoff. So tritt beispielsweise bei der insbesondere für
Fensterrahmen eingesetzten Holzsorte Meranti ein Schneidenverschleiß ein,
der im Vergleich zum Schneidenverschleiß bei der Zerspanung von
Fichte etwa das Fünfzigfache beträgt.
-
Um
also einerseits aus Verschleißgründen einen nicht
zu geringen Keilwinkel und aus Gründen der hohen Oberflächengüte
einen nicht zu großen Keilwinkel einzusetzen, können üblicherweise Schnellarbeitsstahl
mit Keilwinkeln zwischen 30° und 45° und Hartmetalle
mit Keilwinkeln zwischen 40° und 55° eingesetzt
werden. Härtere Schneidenwerkstoffe mit größeren
Keilwinkeln sind nicht einsetzbar.
-
Eine
weitere Einflussgröße zur Beeinflussung des Zerspanungsergebnisses
ist der Achswinkel, in dem die Schneidkante relativ zur Drehachse bzw.
zu ihrer Drehbewegungsrichtung angeordnet ist. Nach dem Stand der
Technik wird hierbei als problema tisch angesehen, dass durch die
Schrägstellung der Schneiden nicht nur Reaktionskräfte
in der Drehbewegungsrichtung sondern auch senkrecht dazu in Axialrichtung
auftreten. Zur Lösung dieses Problems ist in der
WO 2008/113314 A1 ein
Walzenfräser beschrieben, bei dem Hartmetallschneidplatten
abschnittsweise mit unterschiedlichem Achswinkel derart ausgerichtet
sind, dass sich die beim Fräsprozess in den verschiedenen
Abschnitten entstehenden Axialkräfte gegeneinander zumindest
näherungsweise aufheben. Das Problem des Schneidenverschleißes
und der Oberflächengüte ist damit aber nicht behoben,
so dass Schneiden mit den üblichen Keilwinkeln innerhalb
der oben beschriebenen Grenzen eingesetzt werden müssen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Bearbeitungswerkzeug derart weiterzubilden, dass trotz der Erzielung
eines verbesserten Oberflächenergebnisses ein verringerter Verschleiß eintritt.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Bearbeitungswerkzeug mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
-
Nach
der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Achswinkel der einzelnen
Schneiden in einem Bereich von einschließlich 55° bis < 90° liegen, und
dass die Keilwinkel dieser Schneiden > 55° sind und vorteilhaft in
einem Bereich von einschließlich 55° bis einschließlich
80° liegen. Bevorzugt liegen die Achswinkel in einem Bereich
von einschließlich 60° bis einschließlich
80° und betragen insbesondere etwa 70°.
-
Durch
die erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht,
dass die Schneidkanten aufgrund ihrer großen Achswinkel
nicht senkrecht, sondern in einem schälenden Schnitt auf
das Werkstück treffen. Hierdurch findet kein Fräsen
im klassischen Sinne mehr statt, sondern ein Abschälen
des Werkstoffs mit einer überwiegend senkrecht zur Drehbewegungsrichtung
liegenden Richtungskomponente. Trotz des im Vergleich zu den üblichen
Keilwinkeln für die Bearbeitungsaufgaben übergroßen
Keilwinkels wird in der genannten schälenden Schnittebene
der wirksame Keilwinkel, der wirksame Freiwinkel und der aus den
beiden vorgenannten Winkeln zusammengesetzt wirksame Schnittwinkel
deutlich kleiner. Hierdurch wird die Vorspaltung auf ein Minimum
reduziert. Das Wiederaufstellen der Werkstückfasern nach
dem Trennen wird vermieden, so dass nacharbeitsfreie glatte Oberflächen
beim Zerspanen erzielt werden. Außerdem wird eine geringere
Schnittenergie benötigt, was auch für Nicht-Holz-Werkstoffe
von Vorteil ist. Für den Verschleiß der Schneidkante
ist aber nicht der vorgenannte, in der Drehbewegungsrichtung gemessene
wirksame Keilwinkel maßgeblich, sondern der tatsächliche,
im Querschnitt der Schneide gemessene Keilwinkel. Da dieser entsprechend
groß ist, bleibt die Schneidkante dauerhaft scharf. Schneidkantenverrundung
und die Tendenz zur Bildung von Ausbrüchen in der Schneidkante
sind auf ein Minimum reduziert, wodurch bei verbessertem Oberflächenergebnis
des Zerspanungsvorganges eine Erhöhung der Standzeit des
Bearbeitungswerkzeuges erzielt ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schneiden als
Umfangsschneiden mit einer Drehbewegungsrichtung ausgebildet, wobei
die zugehörigen Achswinkel in einer Ebene gemessen sind, die durch
die Drehbewegungsrichtung und eine parallel zur Drehachse liegenden
Axialrichtung aufgespannt ist, und wobei die Achswinkel zwischen
der Schneidkante und der Axialrichtung gebildet sind. Mit derartig angeordneten
Umfangsschneiden lassen sich Kreissägewerkzeuge, Scheibenfräser,
Profil- und Konturfräser bzw. Schaftwerkzeuge sowie auch
Hobelwerkzeuge ausbilden.
-
In
bevorzugter Weiterbildung sind die als Umfangsschneiden ausgebildeten
Schneiden in Gruppen gegenläufig in Achswinkeln mit entgegengesetztem
Vorzeichen und insbesondere mit gleichem Betrag angeordnet. Die
bei der Zerspanung an den einzelnen Schneiden entstehenden Axialkraftkomponenten
heben sich auf diese Weise zumindest näherungsweise auf.
Dadurch sind Reaktionskräfte am Werkzeug und auch am Werkstück
minimiert oder eliminiert.
-
Insbesondere
sind die als Umfangsschneiden ausgebildeten Schneiden paarweise
gegenläufig angeordnet. Es ist nämlich zu beobachten,
dass Werkzeuge mit Achswinkeln bei der Bearbeitung von plattenförmigen
Werkstoffen durch die axiale Anregung der Platte deutlich lauter
als Werkzeuge ohne Achswinkel sind. In der vorgenannten erfindungsgemäßen
Ausgestaltung heben sich durch die axialen Schnittkräfte
an direkt einander gegenüberliegenden spiegelbildlichen
Schneiden auf sehr engem Raum auf, wodurch das Bearbeitungswerkzeug
weniger Schall emittiert.
-
Bei
der Bearbeitung der Werkstoffe muss bei großen Achswinkeln
darauf geachtet werden, dass die Schneiden an den Rändern
des Werkstoffes immer gegen den Werkstoff gerichtet geführt
sind.
-
Ist
nämlich die Schneide vom Werkstoff weg ausgerichtet, steigt
die Gefahr von Werkstoffausrissen am Rand deutlich an. Damit für
jede Werkstückbreite einfach ein Bereich des Bearbeitungswerkzeuges
gefunden werden kann, in dem die Schneiden an beiden Werkstückrändern
zum Werkstück hin geneigt angeordnet sind, weisen in bevorzugter
Weiterbildung der Erfindung die einzelnen Gruppen von Schneiden
und gegenläufigen Schneiden eine jeweils unterschiedliche
Farbmarkierung auf. Dies erleichtert eine Relativpositionierung
zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkstück derart, dass
an beiden Werkstückkanten jeweils zum Werkstück
hin geneigte Schneiden zum Einsatz kommen.
-
In
einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind die als Umfangsschneiden
ausgebildeten Schneiden gleichläufig oder überwiegend
gleichläufig in Achswinkeln mit gleichem Vorzeichen und
insbesondere mit gleichem Betrag angeordnet. Dies kann beispielsweise
dann zweckmäßig sein, wenn aufgrund der axialen
Reaktionskräfte ein Andrücken des Werkstückes
auf eine Unterlage gewünscht wird. Bei beidseitig beschichteten
Holzwerkstoffen beispielsweise ist eine Anordnung der Schneiden
auf beiden Seiten gegen den Beschichtungswerkstoff sinnvoll. Um
unterschiedliche Plattenstärken bearbeiten zu können,
werden solche Werkzeuge üblicherweise mit wenigen, von
einer Referenzfläche in der Maschine ausgehenden Schneiden
in die eine Richtung und die restlichen Schneiden des Werkzeuges
in die andere Richtung ausgeführt. Je nach bearbeiteter
Plattenstärke kommen dann mehr oder weniger der restlichen
Schneiden in Eingriff, was zu der gewünschten axialen Anpressung
führt.
-
Bei
den Umfangsschneiden muss die Konturverzerrung, die sich durch den
großen Achswinkel der Schneidkanten gegenüber
der gewünschten Bearbeitungskontur ergibt, durch eine entsprechend
angepasste Kontur der Schneidkante korrigiert werden. Die Schneidkanten
der als Umfangsschneiden ausgebildeten Schneiden sind deshalb vorteilhaft
derart ballig profiliert bzw. geschliffen, dass sie entlang ihrer gesamten
Länge auf einem gemeinsamen Flugkreisprofil, insbesondere
auf einem gemeinsamen Flugkreiszylinder oder Flugkreiskegel verlaufen,
wobei das Flugkreisprofil dem gewünschten Fräsprofil entspricht.
Hierduch entsteht eine exakte zylindrische bzw. kegelige oder anders
geartete gewünschte Fräskontur bzw. das entsprechend
gewünschte Fräsprofil. Bei einer von der Zylinder-
oder Kegelform abweichenden Kontur ist der Verlauf der Umfangsschneiden
in analoger Weise zu korrigieren.
-
In
einer zweckmäßigen Variante sind die Schneiden
mit ihren Schneidkanten als Stirnschneiden mit einer Drehbewegungsrichtung
ausgebildet, wobei die zugehörigen Achswinkel in einer
Ebene gemessen sind, die durch die Drehbewegung und eine senkrecht
zur Drehachse liegende Radialrichtung aufgespannt ist, wobei die
Achswinkel zwischen der Schneidkante und der Radialrichtung gebildet
sind. Hierdurch lassen sich Bohrungs- und Schaftwerkzeuge bilden,
an deren Stirnseite eine Zerspanung in erfindungsgemäßer
Weise vorgenommen werden kann.
-
Es
kann zweckmäßig sein, die erfindungsgemäße
Schneidengeometrie einstückig im Bearbeitungswerkzeug auszubilden.
In vorteilhafter Weiterbildung umfasst das Bearbeitungswerkzeug
einen Grundkörper und separat davon als Schneidplatten ausge führte
Schneiden aus einem hochharten Schneidstoff, insbesondere aus Hartmetall,
Schneidkeramik, monokristallinem Diamant, PKD (polykristalliner
Diamant) oder CVD (Chemical Vapor Deposition = chemische Gasphasenabscheidung
insbesondere für die Diamantbeschichtung), die nur in ebener Form
herstellbar sind. Hierdurch lässt sich die Standzeit des
Bearbeitungswerkzeuges in Verbindung mit den großen Keilwinkeln
dieser Schneidenwerkstoffe weiter erhöhen und dennoch aufgrund
des verringerten wirksamen Keil- bzw. Schnittwinkels ein erstklassiges
Oberflächenergebnis erzielen.
-
Bevorzugt
ist das Bearbeitungswerkzeug aus mindestens einem, bevorzugt mehreren
auf einer Welle montierten Einzelwerkzeugen zusammengesetzt. Hierdurch
lassen sich baukastenartig nach Bedarf unterschiedliche Gesamtfräskonturen
einstellen. Dabei können auch Einzelwerkzeuge mit unterschiedlichen
Achswinkeln kombiniert werden, um axiale Reaktionskräfte
einzustellen bzw. zu eliminieren, oder um lokal ein bestimmtes Schnittergebnis
zu erzielen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
-
1 in
einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeuges mit
in gleicher Richtung orientierten Umfangsschneiden sowie mit Stirnschneiden
in erfindungsgemäßer Achswinkelanordnung;
-
2 eine
Umfangsansicht der Anordnung nach 1 mit Einzelheiten
zur Achswinkelausrichtung der Umfangsschneiden;
-
3 eine
schematische Draufsicht einer Umfangsschneide nach den 1 und 2 mit
Angaben für unterschiedliche, in den 4 und 5 dargestellte
Querschnitte;
-
4 eine
Querschnittsdarstellung der Schneide nach 3 in einem
senkrecht zur Schneidenlängsachse gelegten Querschnitt
entlang der Linie IV-IV nach 3;
-
5 eine
Querschnittsdarstellung der Schneide nach 3 in einem
parallel zur Drehbewegungsrichtung liegenden Querschnitt entlang
der Schnittlinie V-V nach 3;
-
6 eine
Variante des Bearbeitungswerkzeuges nach den 1 und 2 mit
paarweise gegenläufig angeordneten Schneiden;
-
7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines
Hobelwerkzeuges mit optional farblich markierten Schneidengruppen;
-
8 ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem aus
Einzelwerkzeugen zusammengesetzten Gesamtwerkzeug.
-
1 zeigt
in perspektivischer Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgeführten Bearbeitungs werkzeuges 14 für
die zerspanende Bearbeitung von Werkstoffen, insbesondere für
Holz oder holzartige Werkstoffe wie beschichtete oder unbeschichtete
Spanplatten, Hartfaserplatten oder dergleichen. Das Bearbeitungswerkzeug 14 kann
aber auch für andere Werkstoffe wie Faserverbundkunststoffe,
Metalle oder dergleichen zweckmäßig sein. Das
Bearbeitungswerkzeug 14 ist als Scheibenfräser
ausgestaltet und für die Montage auf einem nicht dargestellten
Werkzeugschaft vorgesehen. Im Betrieb wird das Bearbeitungswerkzeug 14 um
eine senkrecht zur Scheibenebene liegende Drehachse 1 drehend
angetrieben.
-
Das
Bearbeitungswerkzeug 14 umfasst einen scheibenförmigen
Grundkörper 10 mit Schneiden 2, 2'',
die ihrerseits jeweils Schneidkanten 3, 3'' aufweisen.
Die Schneiden 2, 2'' können einstückig mit
dem Grundkörper 10 ausgebildet sein und sind im gezeigten
Ausführungsbeispiel als separat vom Grundkörper 10 ausgebildete
Schneidplatten 11 ausgeführt. Der Grundkörper
besteht aus Werkzeugstahl, während die Schneidplatten 11 aus
einem hochharten Schneidstoff wie Hartmetall, Schneidkeramik, monokristallinem
Diamant, PKS oder CVD bestehen. Die Schneidplatten 11 können
fest mit dem Grundkörper 10 beispielsweise durch
Verlöten, Verkleben, Verschweißen oder dergleichen
befestigt sein. Alternativ kann eine lösbare Befestigung zweckmäßig
sein, bei der die Schneidplatten 11 beispielsweise auf
einem Träger befestigt und dabei mit dem Grundkörper 10 verschraubt,
geklemmt oder formschlüssig gehalten sind. Die Schneiden 2, 2'' sind
fest vorgegeben in ihrer räumlichen Ausrichtung am Grundkörper 10 fixiert.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, die räumliche
Ausrichtung der Schneiden 2, 2'' relativ zum Grundkörper 10 einstellbar
zu gestalten.
-
Der
Grundkörper 10 ist im Wesentlichen zylindrisch
ausgeführt, wobei auf dessen zylindrische Umfangsfläche
eine Vielzahl von Schneiden 2 mit Schneidkanten 3 angeordnet
ist, wobei die Schneiden 2 als Umfangsschneiden ausgebildet
sind. Die Schneiden 2 sind in mindestens einer, bevorzugt
in mindestens zwei, hier in sieben in Umfangsrichtung angeordneten
Reihen 17, 18 (2) angeordnet, wobei
sich diese einzelnen Reihen 17, 18 bzw. Gruppen
in der Axialrichtung 5 (2) gegeneinander überlappen,
um so ein gleichmäßiges Zerspanungsergebnis zu
erzielen. Außerdem ist im Bereich einer Stirnfläche
des Grundkörpers 10 eine Reihe 19 (2)
von Schneiden 2'' mit Schneidkanten 3'' angeordnet,
die als Stirnschneiden ausgebildet sind. Die einzelnen als Stirnschneiden
ausgebildeten Schneiden 2'' liegen bezogen auf die Drehachse 1 auf
einer Radialrichtung 7. Infolge der Drehbewegung des Bearbeitungswerkzeuges 14 um
die Drehachse 1 führen die einzelnen Schneiden 2'' eine kreisförmige
Bewegung senkrecht zur Radialrichtung 7 und zur Drehachse 1 in
einer Drehbewegungsrichtung 6 aus. Die Drehbewegungsrichtung 6 und
die Radialrichtung 7 spannen eine Ebene auf, die senkrecht
zur Drehachse 1 liegt. Die Schneidkanten 3'' der
als Stirnschneiden ausgebildeten Schneiden 2'' liegen in
dieser Ebene und sind in einem in dieser Ebene gemessenen Achswinkel λ2 relativ zur Radialrichtung 7 angeordnet.
-
2 zeigt
eine Umfangsansicht der Anordnung nach 1 mit weiteren
Einzelheiten zu ihrer geometrischen Ausgestaltung. Die als Umfangsschneiden
ausgebildeten Schneiden 2 führen infolge der Drehbewegung
um die Drehachse 1 eine Kreisbewegung mit einer Drehbewegungsrichtung 4 aus. Außerdem
verläuft durch die als Umfangsschneiden ausgebildeten Schneiden 2 eine
parallel zur Drehachse 1 liegende Achsrichtung 5.
Durch die Drehbewegungsrichtung 4 und die Axialrichtung 5 wird
eine Ebene aufgespannt, innerhalb derer gemessen die Schneidkanten 3 der
als Umfangsschneiden ausgebildeten Schneiden 2 in einem
Achswinkel λ1 zur Axialrichtung 5 liegen.
-
Die
Achswinkel λ1, λ2 nach den 1 und 2 liegen
in einem Bereich von einschließlich 55° bis < 90°, bevorzugt
in einem Bereich von einschließlich 60° bis einschließlich
80° und betragen im gezeigten Ausführungsbeispiel
jeweils etwa 70°. Sämtliche als Umfangsschneiden
ausgebildeten Schneiden 2 sind gleichläufig in
Achswinkeln λ1 mit gleichem Vorzeichen
und gleichem Betrag angeordnet. Für bestimmte Bearbeitungsaufgaben
kann es auch zweckmäßig sein, dass zwar die Vorzeichen
der Achswinkel λ1, nicht jedoch
deren Betrag gleich ist, wie dies beispielsweise bei inhomogenen
Materialien wie Faserverbundwerkstoffen von Bedeutung sein kann.
-
Das
gezeigte Bearbeitungswerkzeug 14 ist als Profilfräser
für ein zylindrisches Fräsprofil ausgestaltet.
Da sich die Schneidkanten 3 der als Umfangsschneiden ausgebildeten
Schneiden 2 aufgrund ihres großen Achswinkels λ1 über einen bedeutsamen Umfangsabschnitt
erstrecken, sind sie derart ballig ausgeführt, dass sie
entlang ihrer gesamten Länge auf einem gemeinsamen Flugkreiszylinder
verlaufen. Die ballige Ausführungsform ist bei den oberen
Schneidkanten 3 entsprechend der Darstellung nach 2 zu
erkennen.
-
Anstelle
der gezeigten Zylinderkontur kann auch eine abweichende, beispielsweise
geschwungene oder konische Kontur zweckmäßig sein,
wobei ein in analoger Weise angepasster Verlauf der Schneidkanten 3 zu
wählen ist. Der Achswinkel λ1 wird
hierbei ebenfalls in analoger Weise bestimmt.
-
3 zeigt
eine schematische Draufsicht einer als Umfangsschneide ausgeführten
Schneide 2 nach den 1 und 2 mit
der zugehörigen Drehbewegungsrichtung 4. Durch
die Schneide 2 sind zwei Schnittlinien, nämlich
die Schnittlinie IV-IV senkrecht zur Längsachse der Schneide 2 sowie
die Schnittlinie V-V parallel zur Drehbewegungsrichtung 4 gelegt.
-
4 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung der Schneide 2 nach 3 entlang
der dort dargestellten Schnittlinie IV-IV. Demnach weist die Schneide 2 beispielhaft
einen trapezförmigen Querschnitt mit einem an der Schneidkante 3 ausgebildeten
Keilwinkel β auf, wobei der Keilwinkel β von einer
Spanfläche 12 und einer Freifläche 13 der Schneide 2 eingeschlossen
wird. Der Keilwinkel β wird noch um einen Freiwinkel α und
einen Spanwinkel γ zu insgesamt 90° ergänzt.
Der Keilwinkel β ist nach der Erfindung ≥ 55° und
liegt insbesondere in einem Bereich von einschließlich
55° bis einschließlich 80°, bevorzugt
in einem Bereich von einschließlich 60° bis einschließlich
75° und beträgt hier beispielhaft 70°,
während für den Freiwinkel α und den Spanwinkel γ hier
beispielhaft jeweils 10° vorgesehen sind.
-
Da
die Schneiden 2 entsprechend der Darstellung der 1 bis 3 aufgrund
ihrer Drehbewegung und ihres Achswinkels λ1 mit ihren
Schneidkanten 3 nicht senkrecht zur Schneidkante 3,
also nicht entlang der Schnittlinie IV-IV nach 3 auf das
Werkstück auftreffen, sondern sich vielmehr in der Drehbewegungsrichtung 4 relativ
zum Werkstück bewegen, sind für die Schnittverhältnisse
an der Schneide 3 die geometrischen Verhältnisse
entlang der Schnittlinie V-V heranzuziehen, wie diese in der Querschnittsdarstellung
nach 5 gezeigt sind. Ebenso wie die Schneidkante 3 im
Achswinkel λ1 zur Axialrichtung 5 (2)
liegt, liegt auch die Schnittlinie V-V in diesem Achswinkel λ1 zur Schnittlinie IV-IV. Entsprechend der
Darstellung nach 5 ergeben sich hieraus im Vergleich
zum Querschnitt nach 4 ein verringerter wirksamer
bzw. effektiver Keilwinkel βeff sowie
ein ebenfalls verringerter wirksamer bzw. effektiver Freiwinkel αeff, die sich zu einem gegenüber
dem Querschnitt nach 4 verringerten Schnittwinkel
aufaddieren. Gleichzeitig wird der wirksame bzw. effektive Spanwinkel γeff im Vergleich zum Querschnitt nach 4 größer.
Durch gegenseitige Anpassung des tatsächlichen Keilwinkels β nach 4 und
des Achswinkels λ1 nach den 2 und 3 kann
auf diese Weise der effektive Keilwinkel βeff für
ein gutes Schnittergebnis gegenüber dem tatsächlichen
Keilwinkel β um beispielsweise 20° vermindert
oder sogar auf das nach dem Stand der Technik als erforderlich angesehene
Maß von 30° bis 55° gesenkt werden.
-
Für
die Verschleißfestigkeit der Schneidkante 3 ist
jedoch nicht der effektive Keilwinkel βeff nach 5,
sondern der tatsächliche Keilwinkel β nach 4 maßgeblich.
Da dieser mit den weiter oben genanten Maßangaben im Vergleich
zum Stand der Technik sehr hoch ist, werden Ausbrüche an
den Schneiden 3 sowie eine Schneidkantenverrundung oder
andere Verschleißerscheinungen zuverlässig vermieden,
wodurch über eine verlängerte Standzeit ein erstklassiges
Zerspanungsergebnis mit einer glatten Oberfläche erzielbar
ist.
-
Sinngemäß das
Gleiche gilt auch für die weiter unten im Zusammenhang
mit den 6 und 7 beschriebenen
Schneiden 2' mit ihren Schneidkanten 3' und zugehörigen
Achswinkeln λ1' sowie für
die als Stirnschneiden ausgebildeten Schneiden 2'' mit
den Schneidkanten 3'' und den zugehörigen Achswinkeln λ2 nach den 1 und 2.
-
Im
Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weisen
die als Umfangsschneiden ausgebildeten Schneiden 2 jeweils
den in gleicher Richtung orientierten Achswinkel λ1 auf, wodurch am Bearbeitungswerkzeug 14 und
auch am Werkstück axiale in der Achsrichtung 5 (2)
wirkende Reaktionskräfte eintreten. Dies kann beispielsweise
für das Anpressen des Werkstückes an einen Anschlag
gewünscht bzw. zweckmäßig sein. Sofern
solche Axialkräfte unerwünscht sind oder zumindest
verringert werden sollen, kann eine Ausführungsform der
Erfindung zum Einsatz kommen, wie sie beispielhaft in der perspektivischen
Ansicht nach 6 dargestellt ist. Hierbei sind
die als Umfangsschneiden ausgebildeten Schneiden 2, 2' in
Gruppen bzw. in Reihen 17, 18 gegenläufig
in zugeordneten Achswinkeln λ1, λ1' mit entgegengesetztem Vorzeichen, jedoch
mit gleichem Betrag angeordnet. Insgesamt ist eine gleiche Anzahl
von Schneiden 2 mit einem positiven Achswinkel λ1 und Schneiden 2' mit einem negativen
Achswinkel λ1' vorgesehen, so dass
sich die beim Zerspanungsvorgang auftretenden Axialkräfte
zumindest nähe rungsweise gegenseitig aufheben bzw. kompensieren.
Bei Bedarf kann aber auch eine Anordnung zweckmäßig
sein, bei der die Beträge der in ihren Vorzeichen unterschiedlich
geneigten Achswinkel λ1, λ1' voneinander abweichen und auch ggf. innerhalb einer
Gruppe mit gleichem Achswinkelvorzeichen variieren. Diese Variation
der Achswinkelbeträge kann so gestaltet sein, dass die
mittlere Axialkraft einer Gruppe von Schneiden 2 sich mit
der mittleren Axialkraft einer Gruppe von Schneiden 2' gegenseitig
aufhebt. Sinngemäß das Gleiche gilt auch für
eine Anordnung mit unterschiedlicher Anzahl von Schneiden 2 und
gegenläufig dazu angeordneten Schneiden 2'. Natürlich
kann aber auch eine Auslegung derart zweckmäßig
sein, dass keine oder nur eine teilweise Kompensation der Axialkräfte
auftritt, so dass eine nach Bedarf in Betrag und Richtung resultierende Axialkraft
während des Betriebes auftritt.
-
Es
kann zweckmäßig sein, Gruppen von Schneiden 2, 2' mit
gegenläufigen Achswinkeln λ1, λ1' derart vorzusehen, dass jeweils eine oder
mehrere Schneiden 2 mit einem zugeordneten Achswinkel λ1 und eine bzw. mehrere Schneiden 2' mit
zugeordneten gegenläufigen Achswinkeln λ1' nebeneinanderliegend zu Gruppen zusammengefasst
sind. Im Ausführungsbeispiel nach 6 sind jedoch
sämtliche als Umfangsschneiden ausgebildeten Schneiden 2, 2' paarweise
gegenläufig angeordnet, so dass bezogen auf die Achsrichtung 5 neben
jeder Schneide 2 mit dem positiven Achswinkel λ1 direkt angrenzend eine Schneide 2' mit
dem zugeordneten gegenläufigen bzw. negativen Achswinkel λ1' angeordnet ist. Die Anordnung ist dabei
derart gewählt, dass die beiden Schneiden 3, 3' eines
solchen Paares von Schneiden 2, 2' sich V-förmig
in der Drehbewegungsrichtung 4 öffnen. Es kann
aber auch eine umgekehrte Anordnung zweckmäßig
sein, bei der die Schneidkanten 3, 3' in der Drehbewegungsrichtung 4 pfeilförmig
aufeinander zulaufen.
-
Die
scheibenförmigen, als Schaftfräser ausgebildeten
Bearbeitungswerkzeuge 14 nach den 1, 2 und 6 können
als Einzelwerkzeug 15 betrieben oder in beliebiger Anzahl
durch Auffädeln auf einen gemeinsamen Werkzeugschaft bzw. auf
eine gemeinsame Motorenwelle, Dorn, Spindel oder Welle 16 zu
einem Gesamtwerkzeug zusammengesetzt werden, wie dies beispielhaft
und schematisch in 8 dargestellt ist. Für
die Erzeugung einer gewünschten bestimmten Fräskontur
kann es dabei zweckmäßig sein, dass hierbei Einzelwerkzeuge 15 mit
gleicher oder unterschiedlicher Fräskontur zum Einsatz
kommen. Die Einzelwerkzeuge 15 können zu der gewünschten
Gesamtkontur zusammengesetzt werden, woraus dann das gesamte erfindungsgemäße
Bearbeitungswerkzeug 14 gebildet ist, und woraus sich die
gewünschte Gesamtfräskontur ergibt. Dabei können
auch Einzelwerkzeuge 15 mit unterschiedlichen Achswinkeln λ1, λ1' (1, 2)
kombiniert werden, um axiale Reaktionskräfte einzustellen
bzw. zu eliminieren, oder um lokal ein bestimmtes Schnittergebnis
zu erzielen. Insgesamt können nach der Erfindung beliebige
Bearbeitungswerkzeuge 14 beispielweise in Form eines Kreissägewerkzeugs,
eines Falzwerkzeugs, eines Profilfräsers oder im Zusammenhang
mit als Stirnschneiden ausgeführten Schneiden 2'' nach 1 als
Stirnfräser oder Bohrwerkzeug ausgebildet werden.
-
7 zeigt
noch eine Variante der Anordnung nach 6, bei der
das Bearbeitungswerkzeug 14 als Hobelwerkzeug ausgestaltet und
dabei durch axiale Verlängerung der Anordnung nach 6 gebildet
ist. Für die Anordnung der Schneiden 2, 2' gilt das
Gleiche wie beim Bearbeitungswerkzeug 14 nach 6,
wobei sich lediglich in der Axialrichtung 5 aufgrund der
größeren in dieser Richtung gemessenen Längserstreckung
des Bearbeitungswerkzeuges 14 eine größere
Anzahl von Schneiden 2, 2' vorgesehen ist. Bei
einem derartigen Bearbeitungswerkzeug 14 kann es auf eine
exakte Positionierung relativ zum Werkstück derart ankommen,
dass beim Bearbeitungsvorgang einander zugewandte bzw. zum Werkstück
hin gerichtete Schneiden 2, 2' auf die Werkstückkanten
auftreffen, um ein Ausfransen der Kanten zu vermeiden. Um dem Werker
die genannte axiale Relativausrichtung zu erleichtern, weisen die einzelnen
Gruppen von Schneiden 2 und Gruppen von gegenläufigen
Schneiden 2, 2' optional jeweils unterschiedliche
Farbmarkierungen 8, 9 auf, die nicht nur im Stillstand
sondern auch im drehenden Betrieb des Bearbeitungswerkzeuges 14 sichtbar
sind. Im drehenden Betrieb erzeugen die Farbmarkierungen 8, 9 visuell
erkennbare farbliche Umfangskreise, anhand derer die axiale Relativausrichtung
von Bearbeitungswerkzeug 14 und Werkstück erfolgen
kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2008/113314
A1 [0006]