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Fräskopf mit ungleicher Sohneidenteilung Die Erfindung betrifft einen
Fräskopf mit ungleicher Schneidenteilung, bei dem die Teilungswinkel der am Umfang
des Fräskopfes angeordneten Fräserschneiden unterschiedlich groß sind und die Veränderung
der Teilungswinkel von einer bestimmten periodischen Gesetzmaßigkeit abgeleitet
ist.
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Es sind bereits Fräsköpfe bekannt, bei denen die aufeinanderfolgenden
Fräserschneiden unterschiedliche bei lungswinkel aufweisen, so daß diese Präsköpfe
eine ungleiche Schneiden teilung, dh. einen ungleichen Abstand der einzelnen Werkzeugschneiden
untereinander aufweisen.
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Diesem Prinzip der ungleichen Schneidenteilung liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß bei der Werkzeugrotation durch den damit verbundenen Zerspanungsvorgang
Schwingungserscheinungen auftreten, die bei einer gleich großen Schneidenteilung
in Abhängigkeit von der Drehzahl und von den Zerspanungskräften in ihrer Amplitude
eine Größe erreichen, die einen nachteiligen Einfluß auf die Oberflächenqualität
der bearbeiteten Werkstückfläche haben. Dabei ist nicht nur der Fräskopf allein
zu betrachten, sondern das gesamte aus Fräsmaschine, Fräskopf, Werkstück und Einspannvorrichtung
bestehende System.
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Die entstehenden Schwingungen, die von den Fräserschneiden ausgelöst
werden, übertragen sich auf dieses System und kommen in den Bereich von dessen Eigenschwingungen,
die zu einer Resonanz und Vergrößerung der Schwingungsamplitude neigen.
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Bei den bekannten Fräsköpfen mit ungleicher Schneidenteilung sollen
diese Schwingungserscheinungen gemindert werden.
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Eine bekannte Konstruktion solcher Fräsköpfe sieht vor, daß die aufeinanderfolgenden
Frissrschneiden gegenüber der Drehachse und auch deren Abstand voneinander variiert
wird und zwar in Abhängigkeit von gewissen Gesetzmäßigkeiten, wobei sich die Teilungswinkel
zwischen einer Ausgangsgröße und einer Maximalgröße nach einer tabellarisch angegebenen
Gesetzmäßigkeit ändern.
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Durch diese Variationen der Schneidenteilung entstehen harmonische
Schwingungen der Erregungsfrequene, die besonders bei bestimmten Drehzahlen auch
zu den störenden Schwingungserscheinungen führen, durch die das Arbeitsergebnis
nachteilig beeinflußt wird.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Teilungswinkel in Abhängigkeit
von einer Sinuskurve zu verändern und jede zweite Werkzeugschneide einer gegenüber
dem Abzissenursprung terschobenen Sinuskurve zuzuordnen.
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Bei diesem bekannten Prinzip der Änderung der Teilungswinkel nach
Sinuskurven ist es unvermeidlich, daß einzelne Teilungswinkel bei einem Fräskopf
gleich sind. Dadurch kann nicht in jedem Falle eine Schwingungsdämpfung erreicht
werden. Außerdem ist auch bei den beiden gegeneinander verschobenen Sinuskurven
eine gleichmäßig fallende bzw. steigende VerEnderung des Teilungswinkels vorhanden.
Dadurch nimmt das System Werkzeug-Maschine-Werkstück sehr leicht diesen Schwingungsverlauf
an, so daß der angestrebte Zweck der Schwingungsdämpfung nicht erzielt werden kann.
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Es ist weiterhin der Nachteil zu verzeichnen, daß der maximale und
der minimale Teilungswinkel nur so groß ausgeführt werden kann, wie es die damit
verbundene unterschiedliche Schneidenbelastung, insbesondere bei mittleren und großen
Vorschüben, zuläßt um keine Uberbelastung einzelner Schneiden entstehen zu lassen,
da sonst einzelne Fräserschneiden vorzeitig verschleißen oder zerstört werden.
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Zweck der Erfindung ist es, bei Fräsköpfen mit ungleicher Schneiden
teilung über einen größeren Frequenzbereich eine
wirkungsvolle Schwingungsdämpfung
und auch eine gleichmäßige Schneidenbelastung zu erreichen, um solche Fräsköpfe
bei den verschiedensten Bearbeitungsfällen, insbesondere unter sehr schwierigen
Zerspanungsbedingungen einsetzen zu können und um gegenüber den bekannten Ftäsköpfen
mit ungleicher Schneidenteilung eine weitaus besere Oberflächenqualität der bearbeiteten
Werkstückfläche zu erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fräsköpfe mit ungleicher
Schneidenteilung bezüglich des Prinzips der Änderung der Teilungswinkel zu verbessern
und eine Korrekturmöglichkeit für die Lage der Werkzeugschneiden zwecks gleichmäßiger
Schneidenbelastung zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß für die VePRnderung der Teilungswinkel
der Fräserschneiden abwechselnd mindestens zwei eine gegenläufige Charakteristik
aufweisende und sich schneidende stufenartige Kennlinien gelten, wobei jede Kennlinie
durch eine längere Gerade mit kleinerer Steigung und eine kürzere Gerade mit entgegengesetzter
aber größerer Steigung gebildet ist.
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Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe schließt neben dem erfindungsgemäßen
Prinzip. der ungleichen Schneidenteilung auch die besondere Anordnung der Werkzeugschneiden
auf unterschiedlichen Flugkreisen ein und zwar in der Form, daß die Fräserschneiden,
bezogen auf den Flugkreis der Fräserschneide mit dem vorangehenden größten Teilungswinkel
in Abhängigkeit von der Größe ihres Teilungswinkels zur vorangehenden Werkzeugschneide
auf entsprechend korrigierten Schne idenflugkreisen liegen.
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Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Prinzip der Schneidenteilung,
insbesondere bei einer größeren Anzahl von Fräserschneiden, durch die Anwendung
von drei stufenartigen Kennlinien für die Bestimmung der Xeilungswinkel in der Weise
zu verändern, daß zwei Kennlinien eine gleichlaufende Charakteristik aufweisen und
gegeneinander versetzt sind.
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Es ist auch zweckmäßig, den Maximalwert der ersten Kennlinie größer
als den Maximalwert der zweiten Kennlinie zu wählen und bei drei Kennlinien soll
der Maximalwert der zweiten Kennlinie wiederum größer als der der dritten Kennlinie
sein. Auch der Minimalwert der ersten Kennlinie soll kleiner als der der zweiten
Kennlinie und der Minimalwert der zweiten Kennlinie wiederum kleiner als der der
dritten Kennlinie sein.
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Der Maximalwert Jeder Kennlinie soll für die Änderung des Teilungswinkels
zugrunde gelegt werden, wobei der Maximalwert der ersten Kennlinie auf der ersten
Fräserschneide liegt und der Maximalwert der zweiten Kennlinie zwischen der halben
Anzahl der Fräserschneiden und der letzten Fräserschneide. Bei der Einführung einer
dritten Kennlinie soll deren Maximalwert zwischen der ersten Fräserschneide und
der halben Sohneidenzahl liegen. Die Fräserschneiden sind in abwechselnder Reihenfolge
der ersten, zweiten und dritten Kennlinie zuzuordnen.
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Durch das vorgeschlagene Prinzip der unterschiedlichen Sohneidenteilung
für Fräsköpfe wird erreicht, daß für eine beliebige Zähnezahl die Änderung der Teilungswinkel
ermittelt werden kann, wobei aufgrund der vorgegebenen Konstraktionsmaße für die
Aufnahme und Befestigung der Fräserschneide die maximal möglichen Unterschiede der
Teilungswinkel genutzt werden können. Dabei ist jeder Teilungswinkel von unterschiedlicher
Größe. Der Frequensbereich der Schwingungsdämpfung wird deshalb gegenaber dem bekannten
Teilungssystem vergrößert. In Verbindung mit der unterschiedlichen Einstellung der
Fräserschneide auf einem vom Teilungswinkel abhängigen Schneidenflugkreis wird eine
gleichmäßige Belastung jeder Schneide erreicht und eine höhere Standzeit des Fräskopfes
bewirkt.
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In den zugehörigen Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel nach der
Erfindung schematisch dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1: einen Fräskopf mit ungleicher Schneidenteilung
in der DrauSsicht Fig. 2: das der Festlegung der ungleichen Schneidenteilung des
Fräskopfes gemäß Fig. 1 zugrunde liegende Diagramm Fig. 3: ein Diagramm zur Ermittlung
der ungleichen Schneidenteilung, jedoch für drei Kennlinien unter Angabe der grundsätzlichen
Bezugspunkte Fig. 4: das fertige Diagramm gemäß Fig. 3 für einen Fräskopf mit zwölf
Werkzeugschneiden.
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Der in Fig. 1 dargestellte Fräskopf besteht aus einem Grundkörper
1 der am Umfang mit axialen Nuten 2 zur Aufnahme der Wen des chneidplatte 3 des
Spannkeiles 4 und des Aufnahmestückes 5 versehen ist. Die Wendeschneidplatte 3 kann
durch eine Nockenwelle 6, die im prismatischen Nutgrund 7 gelagert ist, in radialer
Richtung eingestellt werden. Eine gleichartige Stelleinrichtung zur axialen Einstellung
der Wendeschneidplatte 3 befindet sich hinter der Wendeschneidplatte 3, so daß diese
in beiden Richtungen bezüglich der Lage der Haupt- und Nebenschneide eingestellt
werden kann.
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Die Spannung der Wendeschneidplatte 3 erfolgt durch einen im Spannkeil
4 angeordneten Gewindestift mit Links- und Rechtsgewinde, wofür eine zugehörige
Gewindebohrung im Grundkörper 1 vorgesehen ist. Die Teilungswinkel für die Anordnung
der Wendeschneidplatten 3 im Grundkörper 1 sind mit t1 bis +6 bezeichnet. Die den
Teilungswinkeln #1 bis zugeordneten Wendeschneidplatten 3 sind mit entsprechend
ergänzenden Bezeichnungen 3.1 bis 3.6 gekennzeichnet.
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Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich, sind die Wendeschneidplatten
3.1 bis 3.6 durch die radiale Einstellung C1 bis C6 auf verschiedenen, den Teilungswinkeln
#1 bis #6 entsprechenden Schne idenflugkreisen angeordnet, um die durch die ungleiche
Schneidenteilung bedingten Eingriffsverhältnisse, die bei einheitlichem Schneidenflugkreis
eine ungleiche Schneidenbelastung zur Folge haben, auszugleichen.
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Für die erfindungsgemäße Veränderung der Teilungswinkel #1 bis #6
der an den Wendeschneiplatten 3 vorhandenen Fräserschneiden gelten die Kennlinien
K1 und K2und zwar in der periodischen Gesetzmäßigkeit, die sich aus dem als Fig.
3 dargestellten Diagramm ergibt.
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Es ist zweckmäßig bei der Konstruktion dieses Diagramms von dem kleinsten,
konstruktiv bedingt möglichen Teilungswinkel # auszugehen, der sich aus der Länge
des dem Fräserdurohmesser entsprechenden Kreisbogens ergibt, der den notwendigen
Platzbedarf für die Wendeschneidplatte 3, den Spannkeil 4 und das Aufnahmestück
5 einschließlich des Spanablaufes der erforderlichen Stärke der Wandung der axialen
Nut 2 beinhaltet. Die sich hierdurch ergebende Abweichung vom Bogenmaß bei gleicher
Schneidenteilung wird zur Festlegung des Maximalwertes zu dem Bogenmaß für gleiche
Schneidenteilung addiert, so daß sich hierdurch für die Kennlinie Ei der Maximalwert
A1 und der Minimalwert B1 ergeben.
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Im Diagramm sind diese Bogenlängen parallel zur Ordinatenachse eingezeichnet.
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Auf der Abszissenachse sind in gleichmäßigen Abständen die einzelnen
Fräserzähne Z der vorhandenen 6 Wendeschneidplatten 3.1 bis 3.6 markiert. Der Maximalwert
A1 der Kennlinie K1 wird dem Fräserzahn Z1 zugeordnet. Die Kennlinie K1 verläuft
nun vom Maximalwert A1 ausgehend bis zum Minimalwert B1, der uen Fräserzahn Z5 zugeordnet
ist und dann wieder zu einem Maximalwert A1, der bei der fortlaufenden Markierung
der Fräserschneiden wieder einem Fräserzahn Z1 entsprechen würde. Zwischen den Maximalwerten
A1 und A1, liegen alle Bogenmaße der Schneidenteilung. Es ist allerdings gemäß dem
kennzeichnenden Merkmal der Erfindung notwenig, noch eine 2. Kennlinie K2 einzuführen,
deren Maximalwert zwischen Z3 und Z6 liegt. In der Amplitude ist diese Kennlinie
K2 etwas kleiner zu wählen als es bei der Kennlinie F der Fall ist, so daß der Maximalwert
A2 und auch der Minimalwert B2 entsprechend zurückgesetzt sind.
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Die erfindungsgemäß gegenläufige Charakteristik beider Kennlinien
9 und K2 ist aus dem Diagramm deutlich zu ersehen. Die Kennlinie K1 wird durch eine
längere Gerade mit einer kleineren Steigung und eine karzere Gerade mit entgegengesetzter
und größerer Steigung gebildet.
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Die Kennlinie K2 ist aus Geraden zusammengesetzt, die Steigungswinkel
im entgegengesetzten Verhältnis aufweisen. F-ür die Festlegung der Änderung der
Teilungswinkel wird vom Maximalwert der Kennlinie K1 ausgegangen, wobei der Fräserzahn
Z1 auf der Kennlinie K1 liegt. Der Freserzahn Z2 bzw. dessen Teilungswinkel #2 ist
der Kennlinie K2 zugeordnet, der Fräserzahn Z3 wiederum der Kennlinie K1 und die
weiteren Fräserzähne in abwechselnder Rethenfolge. Die Bogenmaße der Teilungswinkel
#1 bis #6 können dem fertigen Diagramm direkt entnommen bzw. anhand dieses Diagramms
berechnet werden.
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Entsprechend der getroflenen Festlegung, dem Maximalwert A1 der Kennlinie
K1 den Fräserzahn Z1 zuzuordnen, ergibt sich für den Fräserzahn Z1 der größte Teilungswinkel
#1 und damit beim Fräsvorgang die größte Schneidenbelastung.
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Alle anderen Fräserzähne Z2 bis Z6 haben kleinere Teilungswinkel #
und würden deshalb während ihrer Eingriffsdauer nur kleinere Vorschübe zurücklegen.
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Erfindungsgemäß soll die Sohneidenbelastung weitgehend gleichmäßig
sein, so daß eine Korrektur der radialen Schneidenlage vorgenommen werden soll.
Zur Erreichung dieser gleichmäßigen Schneidenbelastung bei einem Vorschub pro Zahn
SZG der der Zähnezahl entsprechenden Gleichteilung werden die Korrekturwerte wie
folgt ermittelt, wobei der Fräserzahn Z1 den kleinsten Schneidenflugkreis haben
solls was einer angenommenen O-Lage entspricht, Alle anderen Fräserzähne werden
entsprechend der Größe ihres Teilungswinkels -P radial nach außen oder innen verscho#ben.
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Ausgehend vom Teilungswinkel'?, der sich aus dem Bogenmaß des Diagramms
ergibt, wird der Vorschub pro Zahn der Ungleichteilung SZU bezogen auf SZG = 0,1
mm/Zahn der
Gleichteilung nach folgender Formel ermittelt:
(mm/Zahn) SZUn = Vorschub pro Zahn der Ungleichteilung des Zahnes Nr. r bei einem
Vorschub pro Zahn SZG 0,1 mm/Zahn der Gleichteilung #n = = Teilungswinkel des Zahnes
Nr. n z = Anzahl der Zähne des Werkzeuges SZG = 0,1 mm/Zahn (Gleichteilung) Davon
ausgehend wird die absolute Einstellung C jedes Zahnes, bezogen auf SZG = 0,1 mm/Zahn
der Gleichteilung errechnet nach Cn = (n - 1) . SZG - (SZU2 + SZU3 ... + SZUn) (mm)
Cn = Absolute Einstellung des Zahnes Nr. n bei SZG = 0,1 mm/ Zahn der Gleichteilung
n = Zahn Nr.
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SZG = 0,1 mm/Zahn SZU = Vorschub pro Zahn der Ungleich-2 teilung
des Zahnes Nr. 2 SZ = Vorschub pro Zahn der Unn gleichteilung des Zahnes Nr. n Die
absolute Einstellung eines Zahnes bei SZG = x mm/Zahn errechnet sich nach Cxn =
10 x . Cn (mm) Cxn = Absolute Einstellung des Zahnes Nr. n bei einem Vorschub pro
Zahn von x mm/Zahn der Gleichteilung.
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Tabellarisch zusammengefaßt ergeben sich für den in Fig. 1 dargestellten
Fräskopf folgende Werte: Fräser- Bogenmaß zahn aus Dia- # Nr. gramm mm/Zahn (mm)
bei SZG (mm) (Grad) 1 80,4 #1=73,8 0,123 0 0 2 65,2 #2=59,7 0w099 + 0,001 + 0,003
3 65,7 #3=60,3 0,101 0 0 4 77,4 #4=70,8 0,118 - 0,018 - 0,054 5 50,4 #5=46,3 0,077
+ 0,005 + 0,015 6 53,4 #2=49,1 0,082 + 0,023 + 0,069 Teilungswinkel # ergibt sich
aus dem Bogenmaß SZG = Vorschub pro Zahn der Gleichteilung SZU Vorschub pro Zahn
der Ungleichteilung C = Einstellung absolut des Fräserzahnes Nr. n bei SZG = 0,1
mm/Zahn Cx = Einstellung absolut des Fräserzahnes Nr. n bei SZG = x mm/Zahn Die
Maße der radialen Einstellung C2 bis Cb Können mit Hilfe der Nockenwelle 6 eingestellt
werden. Es ist selbstverständlich möglich, anstelle der Nockenwelle 6 auch andere
Einstellorgane vorzusehen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fräskopf mit ungleicher Teilung, wie er
im Ausfahrungsbeispiel vorstehend beschrieben worden ist, sind Werkzeugschwingungen
weitgehend ausgeschlossen, so daß auch das System Werkzeug-Maschine-Werkstück nicht
zu eigenen Schwingungen angeregt werden kann.
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Besonders günstig wird die Schwingungsdämpfung auch noch durch die
Schneidenkorrektur beeinflußt, wobei sich letætere auch noch bezüglich der an den
einzelnen Fräserschneiden auftretenden Verschlsißerscheinungen günstig bemerkbar
macht.
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Bei größeren Zähnezahlen ist es zweckmäßig, Diagramme mit drei Kennlinien
K1 bis K3 anzuwenden. Ein solches Diagramm ist in Fig. 3 unter Angabe der bereits
beschriebenen Bezugspunkte für die Konstruktion dargestellt. Die Reduzierung der
Amplitude der Kennlinien K2 und K3 gegenüber K1 ist mit den Bezugszeichen a und
b bezeichnet. Die Kennlinien K2 und K3 haben gleiche Charakteristik und sind gegeneinander
beschrieben, während die Kennlinie K1 eine entgegengesetzte Charakteristik aufweist.
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Das Diagramm, das in der Abbildung 4 als vollständige Konstruktion
dargestellt ist, wurde für 12 Fräserzähne Z1 bis Z12 ausgelegt. Die Zuordnung der
einzelnen Fräserzähne zu den Kennlinien , , K2 und K3 wurde in abwechselnder Reihenfolge
vorgenommen.