DE102005045143A1

DE102005045143A1 - Method and device for machining workpieces

Info

Publication number: DE102005045143A1
Application number: DE200510045143
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr.-Ing. Hintze; Carsten Dipl.-Ing. Möller; Frank Dipl.-Ing. Eglins
Original assignee: Technische Universitaet Hamburg TUHH; Tutech Innovation GmbH
Current assignee: Technische Universitaet Hamburg TUHH; Tutech Innovation GmbH
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29
Also published as: WO2007031337A1

Abstract

Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem Werkzeug, das mindestens eine Schneide aufweist, die eine Spanfläche und eine Freifläche besitzt, die entlang der Schneide bei der Bearbeitung einen Freiwinkel mit der Werkstückoberfläche einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwinkel mit der Zeit verändert wird.Method for machining workpieces with a tool which has at least one cutting edge which has a rake face and a flank which includes a clearance angle with the workpiece surface along the cutting edge during machining, characterized in that the clearance angle is changed over time.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem Werkzeug, das mindestens eine Schneide aufweist. An die Schneide schließt eine Freifläche an, die entlang der Schneide einen Freiwinkel mit der Werkstückoberfläche einschließt. Ebenfalls ist für das Werkzeug eine Spanfläche definiert, die entlang der Schneide einen Spanwinkel mit einer gedachten Senkrechten auf der Werkstückoberfläche einschließt.The The present invention relates to a method and an apparatus for machining workpieces with a tool that has at least one cutting edge. At the cutting edge closes one open space which encloses a clearance angle along the cutting edge with the workpiece surface. Also is for the tool a rake surface defines along the cutting edge a rake angle with an imaginary one Includes perpendicular to the workpiece surface.

Während es bei arbeitsscharfer Schneide zwischen Werkzeugfreifläche und Werkstück nur zu einer geringen, durch elastische Deformation bedingten Berührung kommt, vergrößert sich mit zunehmendem Schneidenverschleiß die Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück, wodurch die Reibung zunimmt und die Zerspankraft, insbesondere die Drangkraft, resultierend aus Passiv- und Vorschubkraft, und die Zerspantemperatur ansteigen. Zunehmende Zerspankräfte und -temperaturen haben einen nachteiligen Einfluß auf die Werkstückqualität, insbesondere auf die Form- und Maßhaltigkeit, die Werkstoffoberflächengüte und die Werkstückrandzone. Zunehmende Zerspankräfte und -temperaturen begrenzen die Standzeit für das Werkzeug. In der Folge ist es erforderlich, eine neue arbeitsscharfe Schneide einzusetzen.While it at sharp cutting edge between tool free surface and workpiece comes only to a small, due to elastic deformation contact, increases with increasing cutting wear the contact surface between Tool and workpiece, whereby the friction increases and the cutting force, in particular the Stress, resulting from passive and feed force, and the Canting temperature rise. Increasing cutting forces and Temperatures have an adverse effect on the quality of the workpiece, in particular on the dimensional and dimensional stability, the Material surface quality and the Workpiece edge zone. Increasing cutting forces and temperatures limit tool life. Subsequently It is necessary to use a new working cutting edge.

Allgemein sind für die spanende Bearbeitung Verfahren bekannt, die sich durch einen variablen Vorschub auszeichnen. Bei den bekannten Verfahren erfolgt die Variation des Vorschubs oder des Eingriffs bis zum Wert Null oder auf einen Wert nahe Null, um einen Spanbruch zu begünstigen. So ist beispielsweise das Drehen mit periodisch bewegtem Werkzeug bekannt. Hierbei wird die Schnittgeschwindigkeit mit dem Ziel moduliert, den Kontakt zwischen Schneide und Werkstück, also den Eingriff der Schneide, erheblich zu vermindern oder zu unterbrechen, um einen Spanbruch zu fördern.Generally are for The machining process is known by a distinguish variable feed. In the known method takes place the variation of feed or engagement to zero or to a value close to zero, to favor a chip break. For example, turning with a periodically moving tool known. Here, the cutting speed is modulated with the target, the contact between the cutting edge and the workpiece, ie the engagement of the cutting edge, significantly reduce or interrupt a chip breakage to promote.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die spanende Bearbeitung, beispielsweise Drehen, Hobeln oder Stoßen, Fräsen oder Bohren, die Standzeit des Werkzeugs mit einfachen Maßen zu verbessern, ohne die Qualität der Bearbeitung zu verschlechtern.Of the Invention is based on the object, for the machining, for example, turning, planing or bumping, milling or drilling, the service life of the tool with simple dimensions to improve without the quality to deteriorate the processing.

Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und 15 gelöst. Ebenfalls wird die vorstehende Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.The The above object is achieved by a method with the features Claims 1 and 15 solved. Also, the above object is achieved by a device with the features of claim 19 solved. Advantageous embodiments make up the objects the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken verwendet ein Werkzeug mit mindestens einer Schneide, die eine Spanfläche und eine Freifläche besitzt. Die Freifläche bildet entlang der Schneide bei der Bearbeitung einen Freiwinkel mit der Werkstückoberfläche. Erfindungsgemäß wird der Freiwinkel mit der Zeit verändert. Die Freiwinkeländerung ist dabei insbesondere bei solchen Zerspanungsvorgängen von Nutzen, bei denen Verschleißmarken an der Freifläche die Güte des Zerspanungsprozesses, die Werkstückqualität oder die Standzeit des Werkzeugs begrenzen. Die Änderung des Freiwinkels erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere so, daß wenn sich an der Freifläche eine Verschleißmarke bildet, in deren Bereich nicht länger der ursprüngliche Freiwinkel vorliegt, sondern ein verminderter Freiwinkel vorliegt, bei Änderung des Freiwinkels der Schneide der Freiwinkel im Bereich der Verschleißmarke vergrößert wird.The inventive method used for machining workpieces a tool with at least one cutting edge, which has a chip surface and an open space. The open space forms a clearance angle along the cutting edge during machining with the workpiece surface. According to the invention, the clearance angle changed over time. The clearance angle change is in particular in such Zerspanungsvorgängen of Benefits where wear marks at the open space the goodness of Cutting process, the workpiece quality or the Limit tool life. The change of the clearance angle takes place in the method according to the invention in particular so that when at the open space a wear mark forms in the area no longer the original clearance angle is present, but a reduced clearance angle is present, if changed the clearance angle of the cutting edge of the clearance angle in the region of the wear mark is increased.

Die erfindungsgemäße Änderung des Freiwinkels wirkt sich gegenläufig auf den Spanwinkel aus, so daß eine Spanwinkeländerung mit entgegensetzten Vorzeichen auftritt. Betrachtet man nun den Fall einer Freiwinkelerhöhung zur Kompensation des Freiflächenverschleißes, so ergibt sich eine Verminderung des Spanwinkels um den gleichen Betrag. Diese Spanwinkelsenkung führt zu einer Erhöhung von Zerspantemperatur und Zerspankraft. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieser nachteilige Effekt gegenüber dem durch die entgegengesetzt gleiche Freiwinkelerhöhung bewirkten positiven Effekt nicht ins Gewicht fällt. Es wurde also festgestellt, daß eine Freiwinkeländerung das Verhalten des Spanvorgangs im Vergleich zu den Wirkungen der Spanwinkeländerung dominiert. Dieser Effekt ist unabhängig davon, ob sich in Folge von Kolkbildung verschleißbedingt der effektive Spanwinkel vergrößert oder nicht.The inventive change the clearance angle counteracts the rake angle, so that one Rake angle change occurs with opposite signs. Now consider the case a clearance angle increase to compensate for the free surface wear, see above results in a reduction of the rake angle by the same amount. These Cutting angle reduction leads to an increase of Cutting temperature and cutting power. The invention is the realization underlying that adverse effect caused by the opposite equal increase in free angle positive effect does not matter. So it was found that one Free angle change the behavior of the chip action compared to the effects of the Rake angle change dominated. This effect is independent of whether in sequence from scumming due to wear the effective rake angle increases or Not.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Freiwinkel geändert, während die Schneide mit dem Werkstück in Eingriff steht. Besonders bevorzugt wird eine kontinuierliche Änderung des Freiwinkels eingesetzt, wenn lange Schnittwege ohne Unterbrechung zu bearbeiten sind, wie beispielsweise beim Bearbeiten von Walzen.In In a preferred embodiment, the clearance angle is changed while the Cut with the workpiece engaged. Particularly preferred is a continuous change used the clearance angle when long cutting paths without interruption too edit, such as when editing a reel.

Zweckmäßigerweise wird bei der Änderung des Freiwinkels eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück definiert, die der Vorschub- und/oder Schnittbewegung überlagert ist. Die Relativbewegung kann je nach Art der spanenden Bearbeitung als translatorische und/oder rotatorische Bewegung überlagert werden. Hierzu ist es möglich, die Position werkzeugseitig und/oder werkstückseitig zu ändern.Conveniently, is used when changing the Clearance angle defines a relative movement between tool and workpiece, which is superimposed on the feed and / or cutting movement. The relative movement can be translated as and / or depending on the type of machining superimposed on rotational movement become. For this it is possible to change the position on the tool side and / or on the workpiece side.

Bei der bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Änderung des Freiwinkels durch eine Änderung der Lage und/oder der Orientierung zwischen Werkstück-Freifläche und der Tangente, die am Kontaktpunkt des Werkstücks anliegt. Bei Dreharbeiten von gekrümmten Flächen beispielsweise ist die Freiwinkeländerung durch eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung zu erzielen. Zur Außenbearbeitung wird die Schneide vorzugsweise unter die Drehmitte verstellt, zur Innenbearbeitung vorzugsweise über Drehmitte. Beim Bearbeiten von ebenen Flächen, beispielsweise durch Drehen, Hobeln, Stoßen und Schaben, ist die Änderung des Freiwinkels durch eine rotatorische Bewegung zu erzielen, ebenso wie beim Hobeln, Stoßen oder Schaben von gekrümmten Flächen.In the preferred embodiment of the method, the change of the clearance angle is effected by a change of the position and / or the orientation between the workpiece free surface and the tangent which bears against the contact point of the workpiece. When shooting curved surfaces, for example, the free-angle change is achieved by a translational and / or rotational movement. For external machining, the cutting edge is preferably adjusted below the center of rotation, preferably for internal machining via the center of rotation. When machining flat surfaces, such as by turning, planing, bumping and scraping, the change of the clearance angle can be achieved by a rotational movement, as well as in planing, bumping or scraping of curved surfaces.

Durch die Änderung des Freiwinkels kommt es bei der Bearbeitung des Werkstücks zu Maß- und Formabweichungen, weshalb eine Kompensationsbewegung in mindestens einer weiteren Vorschubachse erforderlich ist.By the change of the clearance angle occurs during machining of the workpiece to dimensional and shape deviations, why a compensation movement in at least one other Feed axis is required.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Freiwinkel auch zwischen zwei Bearbeitungsabschnitten verändert werden. Wobei die zwei Bearbeitungsabschnitte durch die Bearbeitung von zwei Werkstücken und/oder durch die Bearbeitung von zwei Konturelementen an einem oder mehreren Werkstücken gebildet werden kann.In an embodiment of the method according to the invention, the clearance angle also be changed between two processing sections. Whereby the two Machining sections through the machining of two workpieces and / or by processing two contour elements on one or more workpieces can be formed.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Freiwinkel vergrößert, insbesondere nimmt der Freiwinkel zu, um eine verschleißbedingte Abnahme des Freiwinkels auszugleichen. Hierbei kann die Abnahme des Freiwinkels durch den Verschleiß durch das erfindungsgemäße Verstellen des Freiwinkels ausgeglichen oder sogar erhöht werden. Bezogen auf den endgültigen Freiwinkel erfolgt die Änderung des Freiwinkels bevorzugt um 20 % bis 200 %. Besonders bevorzugt werden 40 % bis 100 % des Freiwinkels gewählt.Prefers is in the inventive method the clearance angle increases, in particular decreases the clearance angle to a wear-related decrease in the clearance angle compensate. Here, the decrease of the clearance angle by the Wear through the adjustment according to the invention the clearance angle can be compensated or even increased. Based on the final Clearangle is the change of the clearance angle preferably by 20% to 200%. Especially preferred 40% to 100% of the clearance angle is selected.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Verstellung des Freiwinkels bevorzugt in zwei unabhängige Richtungen.at the method according to the invention the adjustment of the clearance angle is preferably in two independent directions.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 15 gelöst.The inventive task is also claimed by a method having the features of claim 15 solved.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 15 betrifft die spanende Bearbeitung mit einem Werkzeug, das mindestens eine Schneide besitzt. Erfindungsgemäß wird der Eingriff des Werkzeugs in der Arbeitsebene geändert. Die Arbeitsebene wird durch die Schnitt- und Vorschubrichtungen aufgespannt. Vorzugsweise wird der Arbeitseingriff oder der Vorschubeingriff verändert. Der Arbeitseingriff definiert die Größe des Eingriffs des Werkzeugs, gemessen in der Arbeitsebene und senkrecht zur Vorschubrichtung. Insbesondere beim Fräsen und Hobeln und Stoßen ist der Arbeitseingriff von zentraler Bedeutung. Der Vorschubeingriff definiert die Größe des Eingriffs des Werkzeugs in Vorschubrichtung und ist insbesondere beim Drehen und Fräsen und Bohren und Reiben von Bedeutung.The inventive method according to claim 15 relates to the machining with a tool that at least has a cutting edge. According to the invention, the engagement of the tool changed at work level. The work plane is spanned by the cutting and feed directions. Preferably, the work operation or the feed operation changed. The work action defines the amount of engagement of the tool, measured in the working plane and perpendicular to the feed direction. Especially when milling and planing and poking the work intervention is of central importance. The feed intervention defines the size of the procedure of the tool in the feed direction and is especially when turning and milling and drilling and rubbing of importance.

Die Veränderung des Eingriffs ermöglicht, an der Werkstückoberfläche sich mit zunehmendem Schnittweg und zunehmender Schnittzeit ausbildende periodische Profilspitzen zu vermeiden. Durch den veränderten Eingriff treten geringere Verschleißkerben und eine geringere Schartigkeit an der Kante auf, wodurch eine deutlich geringere Werkstückrauhigkeit erzielt wird. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der entscheidende Gedanke, daß die kinematisch bedingte, theoretische Rauhigkeit zwar durch die Änderung des Eingriffs erhöht wird, jedoch gleichwohl eine verbesserte Werkstückoberfläche erzielt wird, da der Einfluß der Schneidenschartigkeit auf die Werkstückoberflächengüte gegenüber dem Einfluß der theoretischen Rauhigkeit dominiert.The change allows the intervention on the workpiece surface itself forming with increasing cutting path and increasing cutting time avoid periodic profile peaks. By the changed Engage lower wear scores and a lower Scheldigkeit on the edge, resulting in a significantly lower workpiece roughness is achieved. Also in this embodiment of the invention is the decisive thought that the Kinematically caused, theoretical roughness through the change of the procedure increases is, however, nevertheless an improved workpiece surface is achieved, since the influence of the shear rate on the workpiece surface quality over the influence of the theoretical Roughness dominates.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 15 geht der Eingriff von einem Basiswert für den Eingriff aus und wird innerhalb eines vorbestimmten Intervalls variiert. Bei dem Verfahren verbleibt das Werkzeug in Eingriff mit dem Werkstück. Der Eingriff wird dabei erfindungsgemäß stets größer Null gehalten. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann wiederum der Freiwinkel gemäß einem der vorstehenden Merkmale variiert werden.at the method according to the invention according to claim 15, the intervention starts from a base value for the intervention and will varies within a predetermined interval. In the process the tool remains in engagement with the workpiece. Of the Intervention is kept according to the invention always greater than zero. Also at This embodiment of the invention can turn the clearance angle according to one of above features are varied.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem Werkzeug gelöst, das mindestens eine Schneide aufweist, die eine Spanfläche und eine Freifläche besitzt, wobei die Freifläche entlang der Schneide bei der Bearbeitung einen Freiwinkel mit der Werkstückoberfläche einschließt. Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, um eine relative Position von Werkstück und Werkzeug derart zu verstellen, daß der Freiwinkel sich ändert. In einer bevorzugten Ausgestaltung verstellen die Mittel den Freiwinkel, während die Schneide mit dem Werkstück in Eingriff steht.The inventive task is also by a device for machining of workpieces solved with a tool that Has at least one cutting edge, which has a chip surface and an open space owns, with the open space along the cutting edge when machining a clearance angle with the Workpiece surface includes. According to the invention are means provided to adjust a relative position of workpiece and tool in such a way that the Clearance angle changes. In a preferred embodiment, the means adjust the clearance angle, while the cutting edge with the workpiece engaged.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The Invention is based on embodiments explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 die Zerspankraft über dem Schnittweg, 1 the cutting force above the cutting path,

2 eine Variation des Freiwinkels in einer schematischen Ansicht, 2 a variation of the clearance angle in a schematic view,

3 eine Variation des Freiwinkels in einer schematischen Ansicht, 3 a variation of the clearance angle in a schematic view,

4 in einer schematischen Ansicht die Verschleißmarkenbreite, 4 in a schematic view the Width of wear,

5 ein Beispiel für einen erhöhten Freiwinkel im oberflächenerzeugenden Bereich zum Innen-Längsrunddrehen, 5 an example of an increased clearance angle in the surface-generating area for inner longitudinal rotation,

6 ein Blockschaltbild zur Regelung einer kontinuierlichen Freiwinkeländerung, 6 a block diagram for controlling a continuous clearance angle change,

7 die Freiwinkelerhöhung beim Außendrehen von Zylinder- und Planflächen eines wellenförmigen Bauteils, wobei die Freiwinkelerhöhung bei (c) jeweils am Konturübergang erfolgt, 7 the clearance angle increase during the external turning of cylinder and plane surfaces of a wave-shaped component, whereby the clearance angle increase at (c) takes place in each case at the contour transition,

8 in einer schematischen Darstellung ein Auskammern beim Längsrunddrehen mit runden Schneidplatten mit einer Variation des Freiwinkels, 8th in a schematic representation, a Auskammern the longitudinal rotation with round cutting plates with a variation of the clearance angle,

9 den Verlauf der Zerspankraft über dem Schnittweg, 9 the course of the cutting force above the cutting path,

10 die maximale Verschleißmarkenbreite über dem Schnittweg, 10 the maximum wear mark width over the cut path,

11 für die Variation des Eingriffs die Entwicklung der Rauheit über dem Schnittweg, 11 for the variation of the procedure the development of the roughness over the cutting path,

12 in einer schematischen Darstellung den Eingriff mit konstantem bzw. erfindungsgemäß veränderlichen Vorschubeingriff, 12 in a schematic representation of the intervention with constant or variable inventively Vorschubeingriff,

13 eine Oberfläche bei einer stetigen Variation des Arbeitseingriffs entlang dem Schnittweg, 13 a surface with a steady variation of the working engagement along the cutting path,

14 Meßergebnisse für drei unterschiedliche Freiwinkel, und 14 Measurement results for three different clearance angles, and

15 Meßergebnisse für eine Variation des Arbeitseingriffs. 15 Measurement results for a variation of the work procedure.

1 zeigt den schematischen Verlauf von Zerspankraft und/oder -temperatur für das erfindungsgemäße Verfahren 10 im Vergleich zum Stand der Technik 12. Die Kurve 12 vom Stand der Technik steigt über der Schnittzeit bzw. dem Schnittweg aufgrund der verschleißbedingten Reduktion des Freiwinkels α₁ bis zur Verschleißgrenze 14 kontinuierlich an, womit die Standzeit bzw. der Standweg des Werkzeugs erreicht wird. Auch erfindungsgemäß nimmt durch die verschleißbedingte Reduktion des Freiwinkels α₁ die Zerspankraft und/oder -temperatur kontinuierlich bis zu der definierten Verschleißgrenze zu. Daraufhin wird ein neuer Freiwinkel α₂ > α₁ eingestellt, wodurch schlagartig die Zerspankraft und/oder -temperatur abfällt. Angesichts des resultierenden kleineren Spanwinkels erreicht die Zerspankraft und/oder -temperatur nur annähernd das Niveau der arbeitsscharfen Schneide. Nachdem die Zerspankraft und/oder -temperatur erneut die definierte Verschleißgrenze erreicht hat, kann ein weiterer Freiwinkel α₃ > α₂ eingestellt werden. Dieses Verfahren kann so lange wiederholt werden, bis sich keine ausreichende Reduktion der Zerspankraft und/oder -temperatur einstellt. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine deutliche Steigerung des Standweges bzw. der Standzeit gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen. 1 shows the schematic course of cutting force and / or temperature for the inventive method 10 in comparison to the prior art 12 , The curve 12 from the prior art increases over the cutting time or the cutting path due to the wear-related reduction of the clearance angle α ₁ to the wear limit 14 continuously, whereby the service life or the tool life is achieved. Also according to the invention, the cutting force and / or temperature increases continuously up to the defined wear limit due to the wear-related reduction of the clearance angle α ₁ . Then a new clearance angle α ₂ > α _{1 is} set, which abruptly decreases the cutting force and / or temperature. In view of the resulting smaller rake angle, the cutting force and / or temperature reaches only approximately the level of the working cutting edge. After the cutting force and / or temperature has again reached the defined wear limit, another clearance angle α ₃ > α ₂ can be set. This process can be repeated until there is no sufficient reduction in cutting force and / or temperature. Due to the method according to the invention, a significant increase in the endurance or the service life compared to the prior art can be achieved.

Der qualitative Verlauf der maximalen Verschleißmarkenbreiten für das erfindungsgemäße Verfahren ist im Vergleich zu einem bekannten Verfahren in 10 dargestellt. Beim herkömmlichen Verfahren ist die Verschleißkurve 16 durch einen Wendepunkt 18 gekennzeichnet, wonach sie progressiv ansteigt. Aus Gründen der Ausschußvermeidung und der Prozeßsicherheit wird die Verschleißgrenze 20 festgelegt, und es ergibt sich der Standweg bzw. die Standzeit für das Werkzeug. Erfindungsgemäß wird die Werkzeugschneide nur bis etwa zum Wendepunkt der Verschleißkurve eingesetzt und dann der Freiwinkel von α₁ auf α₂ und später auf α₃ erhöht. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis andere Standzeitkriterien, z.B. die zulässige Oberflächenrauheit, erreicht sind. Mit dem Verfahren wird im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren ein Zuwachs des Standweges bzw. der Standzeit erzielt.The qualitative course of the maximum wear mark widths for the inventive method is in comparison to a known method in 10 shown. The conventional method is the wear curve 16 through a turning point 18 characterized in that it increases progressively. For reasons of reject avoidance and process safety, the wear limit 20 set, and there is the endurance or the tool life. According to the invention, the tool cutting edge is used only until approximately the turning point of the wear curve and then the clearance angle of α _{1 is increased} to α ₂ and later to α ₃ . This procedure is repeated until other service life criteria, eg the permissible surface roughness, have been reached. With the method, an increase of the endurance or the service life is achieved compared to the conventional method.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in 9 dargestellt. In dieser Variante des Verfahrens wird jeweils nach kurzen Einzelschnittwegen bzw. Einzelschnittzeiten der Freiwinkel geringfügig vergrößert, wodurch die Zerspankraft und/oder -temperatur abnimmt. Durch periodisches Wiederholen des Vorgangs kann nicht nur eine Verlängerung der Standzeit bzw. des Standweges erreicht werden, sondern alternativ läßt sich unter Beibehaltung der Standzeit bzw. des Standwegs, die nach dem Stand der Technik erreicht werden, die Zerspankraft oder -temperatur reduzieren, d.h. die Werkstückqualität oder die Prozeßsicherheit wesentlich verbessern. Dies kann beispielsweise beim Schlichtdrehen gehärteter Werkstücke auf kombinierten Dreh-/Schleifmaschinen von Nutzen sein, um das Schleifaufmaß zu reduzieren.Another possible embodiment of the method according to the invention is shown in FIG 9 shown. In this variant of the method, the clearance angle is slightly increased in each case after short individual cutting paths or individual cutting times, whereby the cutting force and / or temperature decreases. By periodically repeating the process, not only an extension of the life or the endurance can be achieved, but alternatively can be achieved while maintaining the life or the endurance, which are achieved by the prior art, reduce the cutting force or temperature, ie the Significantly improve workpiece quality or process reliability. This may be useful, for example, in finishing finishing of hardened workpieces on combined turning / grinding machines to reduce grinding allowance.

4 verdeutlicht unabhängig davon, ob eine Zylinder- oder Stirnfläche zu bearbeiten ist, den Einfluß des Freiflächenverschleißes beim Zerspanen mit definierter Schneide. In der ursprünglichen Lage 22 ist eine verschlissene Schneide 24 mit einer Verschleißmarkenbreite 26 VB dargestellt (gestrichelte Linie), die über den gesamten Freiflächenverschleiß einen Kontakt zum Werkstück aufweist, woraus u.a. eine hohe Zerspankraft und/oder -temperatur resultiert. Durch eine veränderte Anstellung 28 der verschlissenen Schneide ans Werkstück wird ein neuer Freiwinkel eingestellt (durchgezogene Linie), wodurch die Zerspankraft und/oder -temperatur abfällt. Dieses Vorgehen kann mehrfach wiederholt werden. 4 Irrespective of whether a cylinder or end face is to be machined, it clarifies the influence of flank wear during machining with a defined cutting edge. In the original location 22 is a worn edge 24 with a wear mark width 26 VB shown (dashed line), which has a contact with the workpiece over the entire free surface wear, resulting inter alia, a high cutting force and / or temperature results. Through a changed employment 28 the worn edge of the workpiece is set to a new clearance angle (solid line), where drops due to the cutting force and / or temperature. This procedure can be repeated several times.

2 erläutert für das Außen-Längsrunddrehen 30 beispielhaft eine Möglichkeit zur Umsetzung der Freiwinkelsteigerung im oberflächenerzeugenden Schneidenbereich. Bei intakter Schneide und beim Drehen auf Mitte beträgt der Werkzeug-Freiwinkel α₁ (vgl. 2b). Mit zunehmender Schnittzeit bzw. zunehmendem Schnittweg stellt sich ein Freiflächenverschleiß ein, wodurch im Kontaktbereich der Wirk-Freiwinkel = 0° beträgt. Einen erneut positiven Freiwinkel erreicht man durch eine translatorische Werkzeug- und/oder Werkstückverschiebung in Y-Richtung und/oder durch eine rotatorische Verlagerung des Werkzeugs um eine C₂-Achse 34, indem die Werkzeugschneide unterhalb der Drehmitte positioniert wird. Dadurch stellt sich ein Freiwinkel α_Y bzw. α_c ein. 2 explained for the external longitudinal turning 30 an example of a way to implement the free-angle increase in the surface-generating cutting area. When the cutting edge is intact and when turning to the center, the tool clearance angle α ₁ (cf. 2 B ). With increasing cutting time or increasing cutting path, a flank wear sets, whereby in the contact area of the effective clearance angle = 0 °. A positive clearance angle is again achieved by a translatory tool and / or workpiece displacement in the Y direction and / or by a rotational displacement of the tool about a C ₂ axis 34 by positioning the cutting edge below the center of rotation. As a result, a clearance angle α _Y or α _c sets.

Beim Innen-Längsrunddrehen 36 ist ein zunehmender Freiwinkel im oberflächenerzeugenden Bereich durch „über Mitte stellen" der Werkzeugschneide zu erreichen. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Schneide translatorisch 40 oberhalb der Drehmitte positioniert ist.For inside longitudinal turning 36 To achieve an increasing clearance angle in the surface-generating area by "over center" of the tool cutting edge. 5 shows an embodiment in which the cutting edge translational 40 is positioned above the center of rotation.

Aufgrund einer translatorischen und/oder rotatorischen Verlagerung der Werkzeugschneide ober- oder unterhalb der Drehmitte kommt es am Werkstück zu Form- und Maßabweichungen, die Kompensationsbewegungen in mindestens einer weiteren Vorschubachse notwendig machen.by virtue of a translational and / or rotational displacement of the tool cutting edge above or below the center of rotation, the workpiece is shaped and dimensional deviations, the compensation movements in at least one further feed axis make necessary.

Das Beispiel aus 3 zum Außen-Querplandrehen 42 verdeutlicht die Freiwinkelsteigerung im oberflächenerzeugenden Bereich bei ebenen Flächen. Die Änderung des Freiwinkels kann nur durch eine rotatorische Bewegung 44 des Werkzeugs und/oder Werkstücks ausgeführt werden, die im dargestellten Beispiel durch eine A2-Achse realisiert ist. Dabei entspricht die Neigung des Werkzeugs und/oder Werkstücks Δa₂ den neu eingestellten Freiwinkel α_a2. Beim Drehen von Planflächen ins Werkstückzentrum, d.h. x = 0 mm, ist es zwingend erforderlich, daß die Abweichung der Werkzeugschneide zur Drehmitte Δy kompensiert wird.The example 3 to the external transverse plan turning 42 illustrates the increase in the free angle in the surface-producing area in flat areas. The change of the clearance angle can only be achieved by a rotational movement 44 of the tool and / or workpiece are executed, which is realized in the illustrated example by an A2 axis. In this case, the inclination of the tool and / or workpiece Δa ₂ corresponds to the newly set clearance angle α _a2 . When turning plane surfaces into the workpiece center, ie x = 0 mm, it is absolutely necessary that the deviation of the tool cutting edge from the center of rotation Δy be compensated.

7 stellt die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Außendrehen 46 von Zylinder- und Planflächen eines typischen wellenförmigen Bauteils 48 dar, wobei die Freiwinkelerhöhung am jeweils konturerzeugenden Schneidenpunkt 50 erfolgt. In der oberen Zeichnung, 7a, wird die Vorschubrichtung für die Bearbeitung der jeweiligen Stirn- und Zylinderflächen gezeigt. Die mittlere und untere Zeichnung, 7b und 7c, erläutert Möglichkeiten, wie die Freiwinkeländerung erfolgen kann. Die mittlere Darstellung zeigt eine Drehung des Werkzeugs 56, wobei die Drehachse in der XZ-Ebene liegt und einen Winkel zur Z-Achse von 0° bis 75°, vorzugsweise 30° bis 60°, aufweist. Dadurch erhöht sich der Freiwinkel sowohl im Schneidenbereich zur Bearbeitung der Stirnfläche als auch im Schneidenbereich zur Bearbeitung der Zylinderfläche. Vorteilhaft ist hierbei, daß nur eine zusätzliche Schwenkachse 54 erforderlich ist. Durch den sich hier deutlich verringernden Spanwinkel wird die maximal mögliche Freiwinkelerhöhung beschränkt. Alternativ zeigt die untere Darstellung, 7c, eine Ausführung mit 2 Schwenkachsen mit denen die Freiwinkeländerung für die Bearbeitung von Stirn- und Zylinderfläche getrennt voneinander durchgeführt werden können. 7 represents the embodiment of the method according to the invention during external turning 46 of cylinder and plane surfaces of a typical wave-shaped component 48 is, wherein the clearance angle increase at the contour-generating cutting point 50 he follows. In the upper drawing, 7a , the feed direction for the processing of the respective face and cylinder surfaces is shown. The middle and lower drawing, 7b and 7c , explains ways in which the clearance angle change can occur. The middle illustration shows a rotation of the tool 56 , wherein the axis of rotation lies in the XZ plane and has an angle to the Z-axis of 0 ° to 75 °, preferably 30 ° to 60 °. As a result, the clearance angle increases both in the cutting area for machining the end face and in the cutting area for machining the cylindrical surface. The advantage here is that only one additional pivot axis 54 is required. Due to the significantly reduced rake angle, the maximum possible increase in the free angle is limited. Alternatively, the lower illustration shows 7c , a version with 2 Swivel axes with which the clearance angle change for the machining of front and cylindrical surfaces can be performed separately.

8 zeigt ein Auskammern durch Längsrunddrehen mit runden Schneidplatten 56, wobei die zu fertigende Kontur breiter als die Werkzeugschneide ist. Bei abrasiven Werkstoffen, bei denen es aufgrund des schnellen Freiflächenverschleißes nicht zweckmäßig ist mit einer Schneide den gesamten Schnittweg zu zerspanen, wird dieser aufgeteilt, wobei abwechselnd von der linken und rechten Seite 58, 60 der Kontur zur Mitte hin gedreht wird. Je nach Vorschubrichtung wird der Freiwinkel für die aktive Werkzeugschneide gegensinnig verstellt. Die Anwendung bietet auch beim Schruppprozeß die Möglichkeit die Standzeit und den Standweg zu erhöhen. 8th shows a Auskammern by longitudinal rotation with round inserts 56 , wherein the contour to be produced is wider than the tool cutting edge. For abrasive materials, where it is not appropriate due to the rapid flank wear and tear with a cutting the entire cutting path, this is split, with alternating from the left and right sides 58 . 60 the contour is turned towards the center. Depending on the feed direction, the clearance angle for the active tool cutting edge is adjusted in opposite directions. The application also offers the possibility of increasing the tool life and the tool life during the roughing process.

Neben einer schrittweisen Freiwinkeländerung kann der Freiwinkel auch kontinuierlich in-prozeß variiert werden. Eine Regelung für eine kontinuierliche Frei winkeländerung zeigt 6. Eingangsgrößen 62, die den Zerspanprozeß bestimmen, sind der Werkstückstoff, der Schneidstoff, die Schneidengeometrie und die Schnittparameter. Als Störgröße beeinträchtigt der Werkzeugverschleiß die Ausgangsgrößen Form- und Maßgenauigkeit, Oberflächengüte, Werkstückrandzone und Zerspanleistung. Mit In-Prozeß-Meßgrößen 64, wie Kraft und/oder Moment und/oder Beschleunigung und/oder Dehnung und/oder Temperatur und/oder Strom und/oder Leistung wird der Werkzeugverschleiß indirekt ermittelt. Die Meßwerte werden mit den gespeicherten Sollwerten 66 verglichen, woraus durch einen Regler 68 die Freiwinkeländerung berechnet und diese durch eine Stelleinheit 70 in den Zerspanprozeß zurückgeführt wird. Außerdem ermittelt die Steuerung die resultierende Form- und Maßabweichung und kompensiert diese durch Korrekturbewegungen der Vorschubachsen.In addition to a gradual free-angle change, the clearance angle can also be varied continuously in-process. A regulation for a continuous free angle change shows 6 , input variables 62 , which determine the cutting process, are the workpiece material, the cutting material, the cutting edge geometry and the cutting parameters. As a disturbance, the tool wear affects the output variables of shape and dimensional accuracy, surface quality, workpiece edge zone and cutting performance. With in-process measured variables 64 , such as force and / or torque and / or acceleration and / or strain and / or temperature and / or current and / or power tool wear is determined indirectly. The measured values are stored with the stored setpoints 66 compared, resulting in a regulator 68 calculates the clearance angle change and this by an actuator 70 is returned to the machining process. In addition, the controller determines the resulting shape and dimensional deviation and compensates for this by correcting movements of the feed axes.

Ein Anwendungsbeispiel zur Freiwinkeländerung ist das Drehen von gesintertem Hartmetall. Dabei erlangt die Werkzeugschneide des hochharten Schneidstoffs bei einem Rückfreiwinkel von α_p = 8° aufgrund des schnellen Verschleißanstiegs nach ca. 5 min die Verschleißgrenze von VB = 150 μm, 14. Nach dem Stand der Technik ist hiermit die Standzeit der Werkzeugschneide erreicht. Durch das erfindungsgemäße Vergrößern des Rückfreiwinkels auf α_p = 13,5° sowie anschließend auf α_p = 19° ist es möglich, die Werkzeugschneide weiter einzusetzen. Damit konnte die Standzeit der Schneide auf ca. 17,5 min gesteigert werden. Die Schnittkraft weist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einen nahezu linearen Verlauf auf, wohingegen die Drangkraft, die die vektorielle Addition der Vorschub- und Passivkraft ist, zunächst bei jeder Freiwinkelerhöhung abfällt und anschließend wegen des erneuten Freiflächenverschleißes wieder ansteigt.One application example of the clearance angle change is the turning of sintered cemented carbide. The tool cutting edge of the high-hardness cutting material attains the wear limit of VB = 150 μm at a return angle of α _p = 8 ° due to the rapid increase in wear after approx. 5 min. 14 , According to the prior art, the service life of the tool cutting edge is hereby achieved. By the inventive zoom in the return angle on α _p = 13.5 ° and then on α _p = 19 °, it is possible to continue to use the tool cutting edge. Thus, the service life of the cutting edge was increased to approx. 17.5 minutes. The cutting force according to the method of the invention has a nearly linear course, whereas the pressure force, which is the vectorial addition of the feed and passive force, initially decreases with each increase in clearance angle and then rises again because of the renewed flank wear.

12 zeigt die Variation des Vorschubeingriffs bei der spanenden Bearbeitung. Der Stand der Technik ist durch einen konstanten Vorschubeingriff, d.h. a_f1 ≡ a_f2 ≡ a_f3, gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu zeichnet sich das erfindungs gemäße Verfahren durch einen veränderlichen Vorschubeingriff aus. Der Vorschub des Werkzeugs (nicht dargestellt) ist durch den Pfeil 70 gekennzeichnet. 12 shows the variation of Vorschubeingriffs during machining. The state of the art is characterized by a constant feed engagement, ie a _f1 ≡ a _f2 ≡ a _f3 . In contrast, the fiction, contemporary method is characterized by a variable Vorschubeingriff. The feed of the tool (not shown) is indicated by the arrow 70 characterized.

Aufgrund von periodischen Profilspitzen der Werkstückoberfläche kommt es herkömmlich mit zunehmendem Schnittweg und zunehmender Schnittzeit zu ausgeprägten Verschleißkerben und Schartigkeiten im oberflächenerzeugenden Schneidenbereich, die die Werkstückoberflächengüte herabsetzen, 11. Im Vergleich dazu werden durch die Variation des Eingriffs periodische Profilspitzen der Werkstückoberfläche vermieden und reduziert. Infolge dessen treten geringere Verschleißkerben und Schartigkeiten auf, die über dem Schnittweg und der Schnittzeit zu einem wesentlich geringeren Ansteigen der Werkstückrauheiten, insbesondere der maximalen Rauhtiefe R_t oder der gemittelten Rauhtiefe R_z oder des Mittenrauhwertes R_a führen. Obwohl sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die kinematisch bedingte, theoretische Rauheit (R_theo) erhöht, verbessert sich die Werkstückoberfläche, da der Einfluß der Schneidenschartigkeit auf die Werkstückoberflächengüte gegenüber dem Einfluß der theoretischen Rauheit dominiert.Due to periodic profile peaks of the workpiece surface, it is conventional with increasing cutting path and increasing cutting time to pronounced wear notches and scars in the surface-generating cutting area, which reduce the workpiece surface quality, 11 , In comparison, by the variation of the intervention periodic profile peaks of the workpiece surface are avoided and reduced. As a result, occur less scores and scars on the cutting path and the cutting time lead to a much lower increase in the workpiece roughness, in particular the maximum roughness R _t or the average roughness R _z or the average roughness R _a . Although the kinematic, theoretical roughness (R _theo ) increases due to the method according to the invention, the workpiece surface improves, since the influence of the cutting shear on the workpiece surface quality dominates over the influence of the theoretical roughness.

13 stellt ein Ausführungsbeispiel zur erfindungsgemäßen Variation des Arbeitseingriffs entlang dem Schnittweg im Vergleich zum Stand der Technik dar. Nach dem Stand der Technik bleibt der Arbeitseingriff während des Schnittwegs konstant, so daß immer derselbe oberflächenerzeugende Schneidenbereich im Eingriff ist, wodurch dieser Schneidenbereich ausgeprägte Verschleißkerben und Schartigkeiten aufweist, und somit die Werkstückoberflächengüte rasch abnimmt. Erfindungsgemäß variiert während des Schnittwegs der Arbeitseingriff, damit wird der oberflächenerzeugende Schneidenbereich gleichmäßiger belastet, so daß Verschleißkerben und Schartigkeiten im Schneidenbereich minimiert werden und die Werkstückrauheit nahezu konstant bleibt. 13 illustrates an embodiment for varying the working engagement along the cutting path according to the present invention as compared to the prior art. In the prior art, the working engagement remains constant during the cutting path so that always the same surface generating cutting portion is engaged, whereby this cutting portion has pronounced wear notches and scarfing , and thus the workpiece surface quality decreases rapidly. According to the invention varies during the cutting path of the work, so that the surface-generating cutting area is loaded evenly, so that wear notches and scars are minimized in the cutting area and the workpiece roughness remains almost constant.

Ein Anwendungsbeispiel zur Variation des Arbeitseingriffs ist die Feinstzerspanung mittels Hobeln, die in 15 dargestellt ist. Dabei wird mit einer scharf kantigen PCBN-Schneide gehärteter Stahl mit einer Härte von 50–54 HRC zerspant. Nach dem Stand der Technik steigen die Werkstückoberflächenkennwerte über dem Schnittweg bzw. der Schnittzeit deutlich an. Der Schneidkantenverschleiß weist systematische Verschleißkerben mit einer Teilung von ca. 0,01 mm (vgl. 11) entsprechend dem Arbeitseingriff a_e = 0,01 mm auf. Durch die erfindungsgemäße Variation des Arbeitseingriffs um einen festgelegten Basis-Arbeitseingriff während der Bearbeitung wird der Ausbildung dieser Verschleißkerben entgegengewirkt. Die dadurch erreichte Senkung des Werkzeugverschleißes führt zu einer deutlichen Verbesserung der erzeugten Oberflächengüte. Vorteilhafterweise führt das erfindungsgemäße Verfahren zudem zu einer Verringerung der Zerspankräfte.An application example for variation of the work intervention is the Feinstzerspanung by planing, which in 15 is shown. Hardened steel with a hardness of 50-54 HRC is machined with a sharp-edged PCBN cutting edge. According to the state of the art, the workpiece surface characteristic values increase significantly over the cutting path or the cutting time. The cutting edge wear has systematic wear notches with a pitch of about 0.01 mm (see. 11 ) according to the work procedure a _e = 0.01 mm. The variation of the working engagement according to the invention by a defined basic working engagement during machining counteracts the formation of these wear notches. The resulting reduction in tool wear leads to a significant improvement in the surface finish produced. Advantageously, the inventive method also leads to a reduction of Zerspankräfte.

Bei der Erfindung wird die Änderung des Freiwinkels durch eine werkzeugseitige und/oder werkstückseitige Bewegung durchgeführt.at The invention is the change the clearance angle by a tool side and / or workpiece side Movement performed.

Die Freiwinkeländerung erfolgt schrittweise oder kontinuierlich, wobei eine schrittweise Änderung des Freiwinkels vorzugsweise zwischen der Bearbeitung von aufeinander folgenden Werkstücken und/oder zwischen der Bearbeitung von zwei Konturelementen, eine kontinuierliche Änderung des Freiwinkels vorzugsweise während der Bearbeitung durchgeführt wird.The Free angle change is incremental or continuous, with a gradual change in the Clearance angle preferably between the processing of each other following workpieces and / or between the processing of two contour elements, a continuous change the clearance angle preferably during the processing performed becomes.

Der Freiwinkel kann nach vorgegebenen Schnittzeiten oder -wegen oder nach einer Anzahl bearbeiteter Werkstücke um einen Winkelbetrag basierend auf zuvor ermittelten Erfahrungswerten geändert werden.Of the Clearance angle can according to specified cutting times or paths or based on a number of machined workpieces by an angular amount be changed on previously determined empirical values.

Auch kann der Freiwinkel während des Bearbeitungsprozesses stetig mit einer konstanten oder variablen Geschwindigkeit verändert werden, wobei keine Erfassung von Meßgrößen erfolgt.Also can the clearance angle during of the machining process steadily with a constant or variable Speed changed be, with no detection of measured variables.

Alternativ kann die Änderung des Freiwinkels auf der Basis von direkt oder indirekt, in-prozeß oder prozeßintermittierend erfaßten Meßgrößen schrittweise oder stetig gesteuert oder geregelt werden. Beispielsweise kann der Freiwinkel und dessen verschleißbedingte Veränderung prozeßintermittierend auf bzw. an der Bearbeitungsmaschine nach verschiedenen Meßmethoden (z.B. optisch oder mechanisch abtastend) direkt oder aber über die Verschleißmarke indirekt gemessen werden. Alternativ läßt sich mit Hilfe von In-Prozeß-Meßgrößen, wie Kraft und/oder Moment und/oder Dehnung und/oder Beschleunigung und/oder Acoustic Emission und/oder Temperatur und/oder Strom und/oder Leistung, ein veränderter Freiwinkel indirekt detektieren. Über einen Regelkreis werden entsprechende Korrekturbewegungen für den Freiwinkel ausgeführt. Zudem berechnet die numerische Steuerung einen systematischen Fehler in der Form- und Maßgenauigkeit des Werkstücks, der aus der Änderung des Freiwinkels resultiert, und kompensiert diesen durch Korrekturbewegungen der Vorschubachsen.Alternatively, the change of the clearance angle can be controlled or regulated stepwise or continuously on the basis of directly or indirectly, in-process or process-intermittently detected measures. For example, the clearance angle and its wear-related change process-intermittently on or on the machine tool according to various measurement methods (eg optically or mechanically scanning) can be measured directly or indirectly via the wear mark. Alternatively, a modified clearance angle can be indirectly detected with the aid of in-process measured variables, such as force and / or moment and / or strain and / or acceleration and / or acoustic emission and / or temperature and / or current and / or power. Corresponding correction movements for the clearance angle are carried out via a control loop. To In addition, the numerical control calculates a systematic error in the shape and dimensional accuracy of the workpiece resulting from the change of the clearance angle and compensates for it by correction movements of the feed axes.

Vielfach wird mit zusammengesetzter Schneide, bestehend aus Haupt- und Nebenschneide sowie Schneidenecke, oder mit profilierten Schneiden, z.B. Gewindestrehlern, gearbeitet. Die Änderung des Freiwinkels bezieht sich stets auf einen Schneidenpunkt, bewirkt jedoch Freiwinkeländerungen an der gesamten Schneide, die je nach Schneidenform betragsmäßig kleiner oder größer sein, und die gleiches oder entgegengesetztes Vorzeichen (z.B. bei runden Schneiden) haben können.frequently is made with composite cutting edge, consisting of main and secondary cutting edge as well as cutting corner, or with profiled cutting edges, e.g. Thread chaser, worked. The change The clearance angle always refers to a cutting point causes however, free-angle changes on the entire cutting edge, which is smaller in size depending on the shape of the cutting edge or bigger and the same or opposite sign (e.g. Cutting) can have.

Bei der Fertigbearbeitung verdient der Freiwinkel im Bereich des konturerzeugenden Schneidenpunktes (d.h. der Schneidenecke bzw. der Nebenschneide) besondere Beachtung, z.B. im Hinblick auf die Toleranzeinhaltung und/oder die Vermeidung thermomechanischer Schädigungen der Werkstückrandzone oder von Materialaufklebungen/Scheinspanbildung auf der Freifläche. Deshalb erfolgt die Freiwinkeländerung etwa für diesen Punkt.at The finishing angle deserves the clearance angle in the area of the contour-generating Cutting point (i.e., the cutting edge or minor cutting edge) special attention, e.g. with regard to tolerance compliance and / or the avoidance of thermo-mechanical damage to the workpiece edge zone or of material sticking / fake chip formation on the open space. Therefore the clearance angle change takes place about for This point.

Auch kann die Freiwinkeländerung für einen Schneidenpunkt der Hauptschneide erfolgen, beispielsweise für den Punkt, an dem die maximale Spanungsdicke vorliegt oder an dem der Wirkfreiwinkel am geringsten oder die Temperatur am höchsten ist. Diese Ausgestaltung ist beispielsweise vorteilhaft im Fall der Schruppbearbeitung und/oder aus Gründen der Bauteil- oder Werkzeugsteifigkeit und/oder zur Vermeidung von Schwingungen im Zerspanprozeß und/oder zur Verringerung des Wärmeeintrags in das Werkzeug.Also can change the clearance angle for a cutting point the main cutting edge, for example, for the point at which the maximum Spanungsdicke present or at which the effective angle of the smallest or the highest temperature is. This embodiment is advantageous, for example in the case the roughing and / or for reasons of component or tool rigidity and / or to avoid vibrations in the cutting process and / or to reduce the heat input in the tool.

Bei der Bearbeitung thermisch empfindlicher Werkstoffe, z.B. von Kunststoffen, können sich verschleißbedingt an der Werkzeugfreifläche Verklebungen aufbauen. Diese verhindern zunehmend die Ableitung der Zerspanungswärme in das Werkzeug. Die Temperatur steigt an und bei Überschreiten der zulässigen Temperatur zersetzt sich der thermisch empfindliche Werkstoff im Randzonenbereich des Bauteils. Die beschriebenen Vorgänge werden durch das erfindungsgemäße Verfahren vermindert bzw. eliminiert.at the processing of thermally sensitive materials, e.g. of plastics, can due to wear at the tool free surface Build up bonds. These increasingly prevent the derivation the cutting heat in the tool. The temperature rises and when it exceeds the permissible Temperature decomposes the thermally sensitive material in the Edge zone area of the component. The procedures described become by the method according to the invention reduced or eliminated.

Bei der Bearbeitung mit thermisch empfindlichen Schneidstoffen wie HSS oder Diamant können diese infolge thermischer Überlastung abrupt versagen, wenn die Temperatur verschleißbedingt, insbesondere bei Zunahme des Freiflächenverschleißes, einen zulässigen Grenzwert erreicht. Diesem bei HSS als Blankbremsung bekanntem Versagen läßt sich durch Freiwinkelerhöhung entgegenwirken.at Processing with thermally sensitive cutting materials such as HSS or diamond can do this due to thermal overload abruptly fail if the temperature due to wear, especially at Increase of open space wear, one permissible Limit reached. This failure known as HSS low-braking let yourself by clearance angle increase counteract.

Alternativ kann die Freiwinkeländerung für den Schneidenpunkt erfolgen, der die Werkstückkontur in Richtung der geringsten Bauteilsteifigkeit bearbeitet bzw. der in Richtung der geringsten Werkzeugsteifigkeit zeigt, z.B. bei schlanken Wellen oder lang auskragenden schlanken Werkzeugen (z.B. Bohrstangen) in Radialrichtung.alternative can change the clearance angle for the Cutting point made, the workpiece contour in the direction of the lowest Component stiffness edited or the direction of the lowest Tool rigidity, e.g. for slender waves or long-protruding slender tools (e.g., boring bars) in the radial direction.

Wenn komplexe Werkstückgeometrien zu bearbeiten sind, wie z.B. Getriebe wellen, Zahnflanken, profilierte Walzen, Formkavitäten, ändern sich die Eingriffsbedingungen schrittweise oder stetig während der Bearbeitung und damit wandert der Schneidenpunkt auf der Schneide, für den die Freiwinkeländerung vorzunehmen ist. Die Erfindung sieht daher Verfahren und Vorrichtungen vor, um Freiwinkeländerungen in unterschiedlichen, vorzugsweise zwei unabhängigen Richtungen vornehmen zu können.If complex workpiece geometries to be processed, such as Gear shafts, tooth flanks, profiled Rolls, mold cavities, change the Engagement conditions gradually or steadily during processing and thus the cutting point moves on the cutting edge, for which the clearance angle change is to be made. The invention therefore provides methods and devices before, to free-angle changes make in different, preferably two independent directions to be able to.

Im Fall der Bearbeitung von Zylinder- und Planflächen, z.B. mit rhombischen Schneidplatten, wie sie bei Futter- und Wellenteilen häufig vorkommt, werden in einer Ausgestaltung des Verfahrens die Freiwinkeländerungen jeweils konturabhängig radial oder axial durchgeführt, je nachdem, welches der die Freiwinkeländerung beeinflussenden Kriterien Vorrang hat. Im Fall der Schlichtbearbeitung kann dies z.B. der Freiwinkel am jeweils konturerzeugenden Punkt sein, im Falle der Schruppbearbeitung der Freiwinkel eines Schneidenpunktes der Hauptschneide zur Verminderung der Abrasion und/oder bei der Bearbeitung mit thermisch empfindlichen Schneidstoffen, wie HSS oder Diamant, zur Verminderung des Wärmeeintrags ins Werkzeug.in the Case of machining cylinder and plane surfaces, e.g. with rhombic Cutting inserts, as they often occur in feed and shaft parts are in one embodiment of the method, the free angle changes each contour-dependent performed radially or axially, depending on which of the criteria influencing the free angle change Has priority. In the case of finishing, this may e.g. of the Be free angle at each contour generating point, in the case of Roughing the clearance angle of a cutting point of the main cutting edge for reducing abrasion and / or during processing with thermal sensitive cutting materials, such as HSS or diamond, for reduction the heat input into the tool.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens betrifft Werkzeuge mit wechselbaren Schneidplatten, die in allen Zerspanungsverfahren mit definierter Schneide zum Einsatz kommen können. Es ist vorgesehen, die Änderung des Freiwinkels über eine Änderung der Winkelorientierung der Schneidplatte oder der Schneidplatten im jeweiligen Trägerwerkzeug zu realisieren. Beispielsweise werden Fräserkörper zur Verwendung von verschlissenen Schneidplatten vorgeschlagen, deren Plattensitze um die gewünschte Freiwinkeländerung gegenüber Plattensitzen eines Fräskörpers für unbenutzte Schneiden verdreht sind. Alternativ kann die gewünschte Freiwinkeländerung durch Kassetten mit Plattensitzen in unterschiedlicher Winkelorientierung verwirklicht werden. Schließlich sind bewegte, insbesondere rotierende Werkzeuge mit motorisch in der Winkelorientierung steuerbaren Schneiden vorgesehen.A Another embodiment of the method relates to tools with changeable Cutting inserts used in all cutting processes with a defined cutting edge can be used. It is planned, the change the clearance angle over a change the angular orientation of the insert or the cutting plates in the respective carrier tool to realize. For example, cutter bodies are becoming worn for use Cutting inserts proposed whose plate seats to the desired clearance angle change across from Plate seats of a milling body for unused Cutting are twisted. Alternatively, the desired clearance angle change through cassettes with plate seats in different angular orientation be realized. After all are moving, especially rotating tools with motor in the angular orientation controllable cutting provided.

Die Freiwinkeländerung kann in wenigen betragsmäßig großen oder in vielen betragsmäßig kleinen Schritten erfolgen, 1 und 9. Im letztgenannten Fall kann die Erfindung auch dazu genutzt werden, anstelle einer Standwegverlängerung eine Verbesserung der Werkstückqualität dadurch zu erreichen, daß Schwankungen der qualitätsbestimmenden Prozeßkenngrößen (z.B. Zerspankraft und/oder Temperatur) deutlich vermindert werden.The clearance angle change can take place in a few large amounts or in many small amounts steps, 1 and 9 , In the latter case, the invention can also be used to replace a Standwegverlängerung a Improvement of the workpiece quality to achieve that fluctuations in the quality-determining process parameters (eg Zerspankraft and / or temperature) are significantly reduced.

Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft die Oberflächengüte. Die Oberflächengüte des Werkstücks wird bestimmt durch die kinematische, d.h. theoretische Rauheit des Schneidenprofils, weiterhin durch die Schartigkeit der neuen Schneide, weiterhin durch die Oberflächengüte von Span- und Freifläche sowie durch werkstoffßedingte Einflüsse, wie Aufbauschneidenbildung und Ausbrüche von Werkstoffpartikeln, Verklebungen von Werkstoffabtrag auf der Freifläche. Durch Verschleiß können sich das Schneidenprofil und die Schartigkeit der Schneide (z.B. lokale Defekte wie Bröckelungen, Ausbrüche) sowie die Oberflächengüte der Span- und der Freifläche ändern, wodurch die Oberflächengüte des Werkstücks beeinflußt wird.Of the second aspect of the invention relates to the surface quality. The surface quality of the workpiece is determined by the kinematic, i. theoretical roughness of the cutting profile, continue through the proneness of the new cutting edge, continue through the surface quality of chipboard and open space as well by material-related influences, such as built-up edge and breakouts of material particles, Bonding of material removal on the open space. Through wear can be the cutting profile and the chipping of the cutting edge (e.g. Defects like crumbling, Outbreaks) as well the surface quality of the chip and the open space change, causing the surface quality of the workpiece is affected.

Die theoretische Rauheit R_theo wird durch den Vorschubeingriff a_f bzw. den Arbeitseingriff a_e bestimmt. R_theo nimmt mit a_f bzw. a_e progressiv, bei rundem Schneidenprofil etwa quadratisch zu.The theoretical roughness R _theo is determined by the feed advance a _f and the working engagement a _e . R _theo progressively increases with a _f and a _e , and approximately quadratically with a round cutting profile.

Bei der Schlichtbearbeitung ist vielfach der Einfluß der Schneidenschartigkeit („Schnittflächenrauheit") auf die Oberflächengüte des Werkstücks im Vergleich zum Einfluß des Schneidenprofils (theoretische Rauheit) von erheblicher Bedeutung. Dies kommt beispielsweise darin zum Ausdruck, daß gemessene Werkstückoberflächenkennwerte, wie die gemittelte Rauheit R_z oder die maximale Rauheit R_t, mehr als doppelt bis viermal so groß sind wie die theoretische Rauheit R_theo. Dementsprechend können a_f oder a_e in Grenzen variiert werden, ohne daß sich die Werkstückoberfläche verschlechtert.In the finishing process, the influence of the cutting edge roughness ("cut surface roughness") on the surface quality of the workpiece in comparison to the influence of the cutting profile (theoretical roughness) is of considerable importance, for example because measured workpiece surface characteristics, such as the average roughness R _z or the maximum roughness R _{t is} more than twice to four times the theoretical roughness R _theo Accordingly, a _f or a _e can be varied within limits without the workpiece surface deteriorating.

Lokale Beanspruchungen und Defekte der Schneide können systematische und zufällige Ursachen haben. Zu den systematischen Ursachen zählt die Bildung von Verschleißkerben, hervorgerufen z.B. durch stark verfestigte oder elastisch rückfedernde Bereiche der Werkstückrandzone, vor allem an den Enden des Spanungsquerschnitts. Bei konstantem a_f bzw. a_e, konstanter Schneidenneigung und konstantem Einstellwinkel hat stets der gleiche Schneidenbereich Kontakt bzw. periodisch wiederholten Kontakt mit dem verfestigten bzw. elastisch rückfedernden Werkstückoberflächenbereich. Dabei ist der besagte Schneidenbereich für die Ausbildung der Schnittflächenrauheit verantwortlich, so daß sich die zuvor beschriebenen Beanspruchungen stark verschleißfördernd im Sinne einer sich verschlechternden Werkstückoberflächengüte auswirken. Erfindungsgemäß wird der Eingriff der Schneide tangential zur erzeugten Werkstückoberfläche während der Einsatzdauer des Werkzeugs verändert, indem Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück den Vorschub- und/oder Schnittbewegungen überlagert werden. Diese führen zu einer Variation des Vorschubeingriffs oder des Arbeitseingriffs oder des Neigungswinkels λ oder des Einstellwinkels κ. Dadurch wird bewirkt, daß vor allem die oberflächenbeeinflussenden Verschleißkerben auf unterschiedliche Schneidenbereiche verteilt werden, wodurch eine höhere Werkstückoberflächengüte zu erzielen ist. Die Variation des Vorschubeingriffs oder des Arbeitseingriffs liegt im Bereich von 5 % bis 150 %, vorzugsweise 10 % bis 75 %, die Variation des Neigungswinkels λ oder des Einstellwinkels κ liegt im Bereich von +/– 30 Grad, vorzugsweise von +/– 10 Grad. Die Variation erfolgt in Stufen oder alternierend um einen festgelegten Basiswert.Local stresses and defects of the cutting edge can have systematic and random causes. Among the systematic causes is the formation of wear notches, caused for example by strongly solidified or elastically rebounding areas of the workpiece edge zone, especially at the ends of the chip cross section. With constant a _f or a _e , constant cutting edge inclination and constant setting angle, the same cutting area always has contact or periodically repeated contact with the solidified or elastically rebounding workpiece surface area. In this case, said cutting area is responsible for the formation of the cut surface roughness, so that the stresses described above have a strong wear-promoting effect in terms of a deteriorating workpiece surface quality. According to the invention the engagement of the cutting edge is changed tangentially to the workpiece surface produced during the period of use of the tool by relative movements between the tool and the workpiece are superimposed on the feed and / or cutting movements. These lead to a variation of the feed engagement or the working engagement or the inclination angle λ or the setting angle κ. This causes, in particular, the surface-influencing wear notches to be distributed to different cutting areas, whereby a higher workpiece surface quality can be achieved. The variation of the advancing engagement or the working engagement is in the range of 5% to 150%, preferably 10% to 75%, the variation of the inclination angle λ or the setting angle κ is in the range of +/- 30 degrees, preferably +/- 10 degrees , The variation occurs in stages or alternately around a fixed underlying.

Die Änderung des Vorschubeingriffs oder des Arbeitseingriffs wird durch eine werkzeugseitige und/oder werkstückseitige Bewegung durchgeführt.The change of the Vorschubeingriffs or the labor intervention is by a tool side and / or workpiece side Movement performed.

Die Änderung des Vorschubeingriffs oder des Arbeitseingriffs kann schrittweise erfolgen, wobei eine schrittweise Änderung des Freiwinkels vorzugsweise zwischen der Bearbeitung von aufeinander folgenden Werkstücken und/oder zwischen der Bearbeitung von zwei Konturelementen und/oder Schnittwegen durchgeführt wird.The change Advance intervention or labor intervention may be gradual take place, wherein a stepwise change of the clearance angle preferably between the processing of successive workpieces and / or between the processing of two contour elements and / or cutting paths carried out becomes.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Vorschubeingriff oder der Arbeitseingriff nach einer vorgegebenen Anzahl von Schnittwegen in diskreten Schritten variiert, die in einem festgelegten Intervall liegen und auf zuvor ermittelten Erfahrungswerten basieren. Beim Feinsthobeln beträgt beispielsweise der Arbeitseingriff a_e = 0,008/0,01/0,012/0,01/0,008/0,01 mm usw..In a further embodiment of the invention, the feed intervention or the working intervention is varied after a predetermined number of cutting paths in discrete steps, which lie within a defined interval and are based on previously determined empirical values. In fine planing, for example, the working engagement a _e = 0.008 / 0.01 / 0.012 / 0.01 / 0.008 / 0.01 mm, etc.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß der Vorschubeingriff oder der Arbeitseingriff während des Schnittweges stetig mit einer konstanten oder variablen Geschwindigkeit verändert wird, wobei keine Erfassung von Meßgrößen vorliegt.A more possible Embodiment of the method according to the invention is that the Advance intervention or work intervention during the cutting path steadily is changed at a constant or variable speed, where there is no detection of measured variables.

Eine verbesserte Werkstückoberflächengüte wird dann erreicht, wenn beispielsweise beim Drehen oder Fräsen oder Breitschlichtfräsen die Bedingung Vorschubeingriff a_f << oberflächenerzeugender Schneideckenradius r_∊ oder beim Hobeln, Stoßen oder Fräsen die Bedingung a_e << r_∊ bzw. a_e << d erfüllt ist. Die Oberflächengüten des Werkstücks können durch das Breitschlichten und/oder durch Wendeschneidplatten mit Breitschlicht-(„Wiper"-)Geometrien verbessert werden. Während der Schnittzeit entsteht im oberflächenerzeugenden Schneidenbereich ein Kerbverschleiß, wodurch die Oberflächengüte abnimmt und somit die Einsatzzeit der Schneide begrenzt. Da der Schneidenradius im oberflächenerzeugenden Schneidenbereich deutlich größer als der Eingriff ist, kann durch einen variierenden Eingriff die Bildung eines Kerbverschleißes hinausgezögert oder vermindert werden.An improved workpiece surface quality is achieved if, for example, when turning or milling or Breitschlichtfräsen the condition Vorschubeingriff a _f << surface-generating Schneckenckenradius r _ε or when planing, bumping or milling the condition a _e << r _ε and a _e << d is met , The surface finish of the workpiece can be improved by wiping and / or indexable inserts with wiper geometries During the cutting time, notch wear occurs in the surface - forming cutting area, which reduces the surface finish and thus limits the cutting edge life Cutting radius in the surface-generating cutting area is significantly larger than the engagement can, by a varying engagement the Deterioration or deterioration of a notch wear can be delayed or reduced.

Auch durch eine Variation des Einstellwinkels, die beispielsweise über eine B-Achse realisierbar ist, kann der im Eingriff befindliche Schneidenbereich variiert werden, um den verschleißbedingten Anstieg der Werkstückrauheit oder der Zerspankraft zu reduzieren. Dabei werden je nach Lage der Drehachse zum oberflächenerzeugenden Schneidenpunkt translatorische Kompensationsbewegungen überlagert.Also by a variation of the setting angle, for example via a B-axis realizable is, the engaged cutting area can be varied be to the wear-related increase the workpiece roughness or to reduce the cutting force. Depending on the location of the Rotary axis to the surface-generating Cutting point superimposed translational compensation movements.

Alternativ kann die Neigung der Schneide im oberflächenerzeugenden Schneidenbereich variiert werden.alternative can the inclination of the cutting edge in the surface-generating cutting area be varied.

Claims

A method of machining workpieces with a tool having at least one cutting edge having a rake face and an open face including a relief angle with the workpiece surface along the cutting edge during machining, characterized in that the clearance angle (α) with time is changed.

Method according to claim 1, characterized in that that the Clearance angle changed is while the Cut with the workpiece engaged.

Method according to claim 2, characterized in that that the Clearance angle is changed continuously.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the change the clearance angle by a relative movement between the tool and workpiece takes place, which is superimposed on the feed and / or cutting movement becomes.

Method according to claim 4, characterized in that that the Relative movement translational and / or rotational takes place.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the change the clearance angle on the tool side and / or workpiece side done.

Method according to claim 1, characterized in that that the Clearance angle between two processing steps is changed.

Method according to claim 7, characterized in that that the two machining sections formed by the machining of two workpieces become.

Method according to claim 7 or 8, characterized that the Two processing sections by the processing of two contour elements one or more workpieces be formed.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized that the Clearance angle is increased.

Method according to claim 10, characterized in that that the Increase of the clearance angle after a change of a wear-related At least compensates for the decrease in the clearance angle.

Method according to claims 1 to 11, characterized that the change of the clearance angle is 20% to 200% of a final clearance angle.

Method according to claim 12, characterized in that that the change of the clearance angle is 40% to 100% of a final clearance angle.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized that the Clearance angle in two independent Directions changed becomes.

Method of machining with a tool, having at least one cutting edge, characterized in that the engagement the tool is changed in the working plane without the tool except Intervention arrived.

A method according to claim 15, characterized characterized in that change of the intervention starts from a basic intervention and within is varied a predetermined interval.

Method according to claim 15 or 16, characterized that the Intervention during the machining of a workpiece changed becomes.

Method according to one of claims 15 to 17, characterized that the Clearance angle according to a the method according to any one of claims 1 to 14 is changed.

Device for machining workpieces with a tool having at least one cutting edge, the one clamping surface and an open space has, along the cutting edge during machining a clearance angle encloses with the workpiece surface, thereby characterized in that means are provided to a relative position of the workpiece and the tool to adjust so that the Clearance angle changes.

Apparatus according to claim 15, characterized in that the means adjust the clearance angle, while the cutting edge with the workpiece in one handle stands.