DE10027945A1 - Scheibenfräser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheibenfräser (15, 16) zur spanenden Bearbeitung von zylindrischen Konturen an einem Werkstück, insbesondere einer Kurbelwelle (10), mit mehreren peripher an einem scheibenförmigen Werkzeugträger unter einem axialen Neigungswinkel (alpha) gekippt angeordneten Schneideinsätzen, von denen ein Teil radial und der andere Teil tangential am Werkzeugträger eingespannt ist. DOLLAR A Um einen weicheren Schnitt beim Zerspanen zu gewährleisten und um eine möglichst große Anzahl von Schneidwerkzeugen auf dem Scheibenfräser anordnen zu können, wird vorgeschlagen, daß die tangential eingespannten Schneideinsätze (31, 32) unter einem axialen Neigungswinkel (alpha) von 25 DEG +- 10 DEG , vorzugsweise 20 DEG bis 30 DEG , angeordnet sind und daß deren entgegen der Fräserdrehrichtung (33) betrachtet hinterste Schneidecke (34, 35) auf einer Geraden (36) vertikal zur Drehrichtung des Scheibenfräsers liegt, die von der vordersten Schneidkante (37) des darauffolgenden radial eingespannten Schneideinsatzes (29) einen Abstand (a) von 5 mm, vorzugsweise 2 mm, bis hin zu negativen Werten aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheibenfräser zur spanenden Bear­ beitung von zylindrischen Konturen an einem Werkstück, insbe­ sondere von exzentrisch angeordneten zylindrischen Konturen an einem um eine Längsachse drehbaren Werkstück wie einer Kurbel­ welle, mit mehreren peripher an einem scheibenförmigen Werk­ zeugträger unter einem axialen Neigungswinkel gekippt angeord­ neten Schneideinsätzen, von denen ein Teil zur Wangen- und Unterstichbearbeitung radial und der andere Teil zur Zapfenau­ ßendurchmesserbearbeitung tangential am Werkzeugträger einge­ spannt ist.

In der WO 96/39269 wird ein Verfahren zur spanabhebenden Bear­ beitung von zylindrischen Korrekturen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben. Das betreffende Verfahren verwendet die sogenannte Schnitteilung an, bei der die Herstellung der Fertigkontur, die als solche bereits End­ maße aufweist oder noch ein Aufmaß, das durch Schleifen oder Schlichten abgetragen werden kann, mit Werkzeugen durchgeführt wird, die mit Schneideinsätzen bestückt nacheinander oder auch gleichzeitig mit dem Werkstück in Eingriff gebracht werden. Bei einer Kurbelwelle wird so die Bearbeitung der Wangen und die Bearbeitung des Unterstiches und des Zapfens einer Kurbelwelle oder die Herstellung einer halben Kurbelwellen-Wangenkontur mit einem Unterstich oder einem Durchmesseranteil mit einem ersten Werkzeug und die Herstellung eines zweiten Unterstiches und des restlichen Durchmesseranteiles mit einem zweiten Werkzeug auf­ geteilt. Diese Aufteilung ermöglicht die Variation der Lager­ breite in bestimmten Grenzen. Bevorzugt wird bei der Bearbei­ tung das sogenannte Hochgeschwindigkeitsfräsen angewendet, bei dem das Werkzeug mit konstanter hoher oder variabler Drehzahl angetrieben wird. Beim Hochgeschwindigkeitsfräsen werden Schnittgeschwindigkeiten von mehr als 160 m/min verwendet. Die Spanungsdicken liegen im Bereich von 0,05 bis 0,1 mm. Die Schnittbogenlänge, d. h. die mit den entsprechenden Schneidein­ sätzen in Eingriff befindliche Länge des Werkzeugträgers in bezug auf seinen Gesamtumfang, wird möglichst gering gewählt. Mit diesen Maßnahmen können so gute Oberflächenqualitäten erzeugt werden, daß das Vorschleifen oder zusätzliche Vorbehan­ deln vor der Wärmebehandlung als zusätzlicher Arbeitsvorgang vollständig entfallen kann. Bei dem in der WO 96/39269 beschriebenen Verfahren wird vorgeschlagen, auf unterschiedli­ chen Werkzeugen Wendeschneidplatten zur Wangenbearbeitung einerseits bzw. zur Zapfenbearbeitung und für den Unterstich andererseits anzubringen. Alle verwendeten Schneideinsätze sol­ len einen positiven Spanwinkel aufweisen, wobei die Schneidein­ satzeinstellung zum Werkstück dergestalt vorgenommen wird, daß der effektive Spanwinkel zwischen -5° und +15°, vorzugsweise -5° bis +5°, und/oder ein positiver axialer Spanwinkel (Rückspanwinkel) bis zu 10° gewählt wird.

In einem dort gewählten speziellen Ausführungsbeispiel befinden sich auf einem Scheibenfräser zwei Sorten von Schneidplatten, von denen die erste Sorte radial und die zweite tangential am Werkzeugträger bzw. in dortigen Werkzeugaufnahmen eingespannt ist

Besitzt ein Scheibenfräser auf seiner Zylindermantelfläche zwei nebeneinanderliegende Reihen von tangential eingespannten Schneidplatten, droht bei Fertigungsungenauigkeiten oder bei geteiltem Werkzeug durch Positionierungsungenauigkeiten der Bearbeitungsmaschine ein Höhenversatz, durch den im Über­ deckungsbereich am bearbeiteten Werkstück ein unerwünschter scharfkantiger Absatz entsteht. Um diesen Überschnitt zu ver­ hindern, wird in der WO 96/39269 ein Schneideinsatz vorgeschlagen, dessen Spanflächen im Bereich der eine Schneidecke bilden­ den Hauptschneidkante eine Abflachung oder Einziehung besitzen, die sich in dem Bereich beider benachbarter Hauptschneidkanten erstreckt. Solche Schneideinsätze ermöglichen die Fertigung sanfter Übergänge im Überdeckungsbereich, beispielsweise bei der Herstellung einer Zapfenoberfläche eines Kurbelwellenhub­ zapfens.

In der WO 96/39269 sind weiterhin radial eingespannte Schneid­ einsätze zur Fertigung eines Unterstiches einer Kurbelwelle dargestellt.

In der DE 197 39 300 A1 wird ein Schneideinsatz zum Schneiden von Profilen, insbesondere zum Fräsen von Profileinstichen in rotierend bewegte Werkstücke wie Kurbelwellen beschrieben. Die­ ser Schneideinsatz besitzt einen im wesentlichen kubischen Grundkörper mit mindestens zwei nutzbaren Schneidkanten, zwei parallel zueinander angeordnete, ebene und von einem Befesti­ gungsloch durchdrungene Seitenflächen, zwei Grundflächen, die an ihren gegenüberliegenden Enden jeweils eine durch dem zu schneidenden Profil entsprechend bogenförmig ausgebildete Schneidkanten begrenzte Spanfläche aufweisen. Die zwischen zwei gegenüberliegenden Schneidkanten liegende Freifläche soll zumindest teilweise kreisförmig konkav ausgebildet sein. Durch die konkave Freiflächenausbildung wird eine Freiwinkelvergröße­ rung und ein zur Freiflächenmitte hin großer Freiraum geschaf­ fen, womit gewünschte Kippungen dieses Schneideinsatzes relativ zum Werkstück ermöglicht werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs genann­ ten Scheibenfräser dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein wei­ cherer Schnitt beim Zerspanen gewährleistet ist und auf dem vorhandenen Zylinderumfang des Scheibenfräsers eine möglichst große Anzahl von Schneidwerkzeugen angeordnet werden kann, Diese Aufgabe wird durch einen Scheibenfräser nach Anspruch 1 gelöst.

Erfindunsgemäß sind die tangential eingespannten Schneidein­ sätze unter einem axialen Neigungswinkel von 25° ± 10°, vor­ zugsweise unter einem Neigungswinkel von 20° bis 30°, angeord­ net. Entgegen der Fräserdrehrichtung betrachtet liegt die hin­ terste Schneidecke eines solchen Schneideinsatzes auf einer Geraden vertikal zur Drehrichtung des Scheibenfräsers, die von der vordersten Schneidkante des darauffolgenden radial einge­ spannten Schneideinsatzes einen Abstand von ≦ 5 mm, vorzugs­ weise ≦ 2 mm, bis hin zu negativen Werten aufweist.

Bei nach dem Stand der Technik bekannten Scheibenfräsern ist die Einstellung des Axialwinkel auf geringfügige Winkelmaße beschränkt worden, um den Platzbedarf der peripher tangential eingespannten, vorzugsweise mit quadratischer Spanfläche ausge­ statteten Schneideinsätze möglichst gering zu halten, da eine Kippung um einen Axialwinkel den jeweiligen Abstand zum nächst­ folgenden radial eingespannten Schneideinsatz unter Berücksich­ tigung der dort am Werkzeugträger noch vorzusehenden Spankammer vergrößert hätte. Mit der gewählten Axialwinkelneigung für die tangentialen Schneideinsätze ist es jedoch möglich, die jeweils hinterste Schneidecke des Schneideinsatzes nach innen zu ver­ schwenken, so daß deren Abstand, gemessen mittels einer senk­ recht zur Fräsrichtung liegenden Geraden, von der Schneidkante des nächstfolgenden radial eingespannten Schneideinsatzes auf vorzugsweise weniger als 2 mm bis hin zu negativen Werten mini­ miert werden kann. Unter negativen Abstandswerten sind solche Anordnungen der tangential eingespannten Schneideinsätze zu verstehen, bei denen die hinterste Schneidecke räumlich gesehen sogar hinter der Schneidkante des nächstfolgenden radialen Schneideinsatzes liegt. Mit der gewählten Anordnung ist es mög­ lich, die Anzahl der nutzbaren Schneideinsätze auf dem Werk­ zeugträger zu vergrößern.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So wird vorzugsweise der tangential einspannte Schneideinsatz derart angeordnet, daß der kürzeste Abstand der beim Zerspanen inaktiven Schneidkante oder deren Verlängerung, die der Kante des Scheibenfräserzylinders zugewandt ist, zur nächstliegenden Schneidecke des in Schnittrichtung nachfolgend angeordneten radial eingespannten Schneideinsatzes 1 mm gewählt. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß ein hinreichender Platz für die notwendige Spankammer vor dem radial eingespannten Schneideinsatz verbleibt und dort ablaufende Späne nicht mit der der Spankammer zugewandten inaktiven Schneidkante des tan­ gential eingespannten Schneideinsatzes kollidieren bzw. diese Schneidkante beschädigen können. Dies ist insbesondere für sogenannte Wendeschneidplatten von Bedeutung, die jeweils vier nutzbare Schneidkanten aufweisen. Als bevorzugtes Maß für den axialen Neigungswinkel der tangential eingespannten Schneidein­ sätze haben sich 25° erwiesen.

Der Scheibenfräser besitzt in Schnittrichtung betrachtet in alternierender Folge auf dem Zylindermantel des Werkzeugträgers jeweils tangential und radial eingespannte Schneideinsätze, oder anders ausgedrückt, jeweils an der Kante des Scheibenfrä­ serzylinders radial eingespannte Schneideinsätze, denen jeweils (links wie rechts) ein tangential eingespannter Schneideinsatz räumlich vorgeordnet ist. Die hierdurch gebildeten zwei Reihen von tangential eingespannten Schneideinsätzen weisen Schneid­ einsätze auf, die je nach ihrer Reihenzugehörigkeit unter einem gegensinnigen Axialwinkel gekippt sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung überlappen sich die Schnittbereiche zweier aufeinanderfolgender tangential ein­ gespannter Schneideinsätze geringfügig.

Mit dem erfindungsgemäßen Scheibenfräser können bei Schnittge­ schwindigkeiten von 160 m/min und mehr Spanungsdicken von 0,1 mm bis 0,25 mm abgetragen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Kurbelwellen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des mit Schneid­ einsätzen bestückten Zylindermantels eines erfindungsgemäßen Scheibenfräsers und

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht des erfin­ dungsgemäßen Scheibenfräsers.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 100 zur spanenden Bearbeitung einer Kurbelwelle 10 rein schematisch dargestellt. Die Kurbel­ welle 10 ist mit ihren Enden 11 und 12 in antreibbaren, drehba­ ren Einspannfuttern 13, 14 so eingespannt, daß sie um ihre Mit­ tellängsachse drehbar ist. Zur Bearbeitung dienen scheibenför­ mige Hochgeschwindigkeitswerkzeuge 15, 16, die über entspre­ chende Antriebe 17, 18 in Drehung versetzt werden können, wobei jeder Antrieb 17, 18 auf einem Support 19, 20 gelagert ist, wodurch das Werkzeug auf einer Achse dem Werkstück nachgeführt wird. Weiterhin sind in der dargestellten Vorrichtung zwei orthogonale Drehfräser 21, 22 angeordnet, die ebenfalls über entsprechende Antriebe 23, 24 drehbar sind. Jeder orthogonale Drehfräser 21, 22 ist auf einem Support mit jeweils zwei Schlitten 25, 26; 27, 28 gelagert, so daß eine Nachführung jedes orthogonalen Drehfräsers 21, 22 auch bei sich drehender Kurbelwelle möglich ist. Mit der dargestellten Vorrichtung ist die gleichzeitige Bearbeitung von vier Hublagerstellen der Kur­ belwelle möglich.

Um eine spanende Bearbeitung eines außerhalb des Drehzentrums des Werkstückes 10 exzentrisch angeordneten Kurbelwellenhubla­ gers durchzuführen, wird der Scheibenfräser 15 bzw. 16 um seine Mittelachse mit konstanter oder variabler hoher Drehzahl ange­ trieben, so daß die auf seinem Außenumfang angeordneten Schneideinsätze mit einer hohen Schnittgeschwindigkeit an der Bearbeitungsstelle des Werkstückes vorbeigeführt werden. Nähere Einzelheiten zur Bearbeitung einer Kurbelwelle sind in der WO 96/39269 beschrieben, auf die verwiesen wird.

Jeder der Scheibenfräser 15, 16 besitzt an seinem Zylinder- Außenmantel eingespannte Schneideinsätze 29 bis 32, wovon die Schneideinsätze 29 und 30 jeweils radial und die Schneidein­ sätze 31 und 32 jeweils tangential eingespannt sind. Durch Dre­ hung des Scheibenfräsers in Richtung des dargestellten Pfei­ les 33 kommen somit bei der vorzugsweise gewählten kleinen Schnittbogenlänge nacheinander die jeweils aktiven Schneidkan­ ten der Schneideinsätze 30, 31, 29 und 32 nacheinander zum Ein­ satz. Während der axiale Neigungswinkel α = 25° der Schneid­ einsätze 31 im Uhrzeigersinn gewählt ist, sind die tangential eingespannten Schneideinsätze 32 um den Neigungswinkel α = 25° entgegen dem Uhrzeigersinn gekippt. Hierdurch wird die jeweils hinterste Schneidecke 34 bzw. 35 der Schneideinsätze 31 bzw. 32 nach innen gekippt, wobei das in Fig. 2 dargestellte Maß des Abstandes a, den die Gerade 36, auf der die Schneidecke 34 liegt und die senkrecht zur Schnittrichtung 33 angeordnet ist, von der Schneidkante 37 des nächstfolgenden Schneideinsatzes 29 hat, ≦ 5 mm, vorzugsweise ≦ 2 mm, beträgt. Ggf. kann die darge­ stellte hintere Schneidecke 34 bzw. 35 räumlich auch "hinter" der Schneidkante des nächstfolgenden radial eingespannten Schneideinsatzes liegen. Der Abstand b der dargestellten (inaktiven) Schneidkante 38 zur nächstliegenden Schneidkante 37 bzw. deren Endpunkt beträgt mindestens 0,5 mm.

Mit den erfindungsgemäßen Scheibenfräser gemäß Fig. 2 ist die gleichzeitige Herstellung zweier Unterstiche durch die Schneid­ einsätze 29 und 30 und die Ausformung einer Zylindermantelober­ fläche durch die Schneideinsätze 31 und 32 möglich. Die Schnittbereiche der beiden versetzt angeordneten Reihen von tangential eingespannten Schneideinsätze 31, 32 überlappen sich geringfügig.

Die aus Fig. 3 ersichtlichen, tangential eingespannten Schneid­ einsätze 31, 32 weisen zusätzlich noch entlang der jeweils aktiven Schneidkante Einkerbungen 39 auf, die grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt sind. Diese Einkerbungen bewirken, daß beim Zerspanen statt eines breiteren Spanes ent­ sprechend der Anzahl der Einkerbungen mehrere schmalere Späne erzeugt werden. Im übrigen entsprechen die tangential einge­ spannten Schneideinsätze den in der WO 96/39269 dargestellten, tangential eingespannten Schneideinsätze. Die radialen Schneid­ einsätze weisen eine Formgestaltung auf, die den in der DE 197 39 300 A1 beschriebenen entspricht.

Claims (5)

1. Scheibenfräser (15, 16) zur spanenden Bearbeitung von zylindrischen Konturen an einem Werkstück, insbesondere von exzentrisch angeordneten zylindrischen Konturen an einem um eine Längsachse drehbaren Werkstück wie einer Kurbelwelle (10), mit mehreren peripher an einem scheiben­ förmigen Werkzeugträger unter einem axialen Neigungswin­ kel (α) gekippt angeordneten Schneideinsätzen (29 bis 32), von denen ein Teil zur Wangen- und/oder Unterstichbearbei­ tung radial und der andere Teil zur Zapfenaußendurchmes­ serbearbeitung tangential am Werkzeugträger eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die tangential eingespannten Schneideinsätze (31, 32) unter einem axialen Neigungswinkel (α) von 25° ± 10°, vor­ zugsweise 20° bis 30°, angeordnet sind und daß deren ent­ gegen der Fräserdrehrichtung (33) betrachtet hinterste Schneidecke (34, 35) auf einer Geraden (36) vertikal zur Drehrichtung des Scheibenfräsers liegt, die von der vor­ dersten Schneidkante (37) des darauffolgenden radial ein­ gespannten Schneideinsatzes (29) einen Abstand (α) von ≦ 5 mm, vorzugsweise ≦ 2 mm, bis hin zu negativen Werten aufweist.

2. Scheibenfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzeste Abstand (b), der beim Zerspanen inaktiven Schneidkante (38) des tangential eingespannten Schneidein­ satzes (31) oder deren Verlängerung, die der Kante des Scheibenfräserzylinders zugewandt ist, zur nächstliegenden Schneidkante (37) des in Schnittrichtung nachfolgend ange­ ordneten radial eingespannten Schneideinsatzes (29) ≧ 0,5 mm ist.

3. Scheibenfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der axiale Neigungswinkel (α) der tangential eingespannten Schneideinsätze (31, 32) 25° beträgt.

4. Scheibenfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schnittrichtung (33) betrachtet in alternierender Folge auf dem Zylindermantel des Werkzeug­ trägers jeweils tangential und radial eingespannte Schneideinsätze aufeinanderfolgen.

5. Scheibenfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schnittbereiche zweier auf­ einanderfolgender tangential eingespannter Schneidein­ sätze (31, 32) geringfügig überlappen.