DE10147649C2 - Fräsaggregat - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Fräsaggregat sowie eine Vorrichtung zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks, in welcher ein solches Fräsaggregat eingesetzt wird. Derartige Vorrichtungen eigenen sich insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken aus Holz, Kunststoff und Metall.

Stand der Technik

Eine herkömmliche Fräsmaschine weist zumindest einen Werkzeugschlitten auf, an dem eine Werkzeugspindel oder Frässpindel montiert ist. Am vorderen Ende der Frässpindel, dem Fräskopf, ist eine Fräswerkzeugaufnahme angebracht. Die Gesamtheit aus Fräswerkzeugaufnahme und einem daran befestigtem Fräswerkzeug wird als Fräsaggregat bezeichnet. Die Frässpindel überträgt ein Drehmoment von einem Getriebe auf das Fräswerkzeug, sie kann in beiden Drehrichtungen angetrieben werden.

Unterhalb des Fräswerkzeugs befindet sich ein Werkstückschlitten, der eine Spannvorrichtung aufweist, in die ein zu bearbeitendes Werkstück eingespannt wird.

Das rotierende Fräswerkzeug trägt durch Zerspanen Material am Werkstück ab und erzeugt so beispielsweise eine Nut in dem Werkstück. Die eigentliche Formgestaltung erfolgt dabei durch eine translatorische Relativbewegung zwischen Fräswerkzeug und Werkstück. Zur Ausführung dieser Relativbewegung bewegt der Werkstückschlitten das Werkstück gewöhnlich in zwei oder drei senkrecht zueinander stehende Richtungen relativ zum Fräswerkzeug. Es ist jedoch auch möglich, den Werkstückschlitten stationär zu belassen und statt dessen den Werkzeugschlitten translatorisch beweglich zu lagern.

Das Fräswerkzeug ist zusätzlich in Z-Richtung bezüglich des Werkstücks verfahrbar.

Für die Bearbeitung von Nuten, Keilnuten, Keilwellen und Langlöchern sind verschiedene Nuten-Fräser entwickelt worden. Beim Fräsen von Nuten erfolgt zunächst die Zustellung auf volle Nuttiefe, dann wird die Nut im Längsvorschub gefräst. Ist der Durchmesser des Fräswerkzeugs kleiner als die gewünschte Breite der herzustellenden Nut, wird nach beiden Seite verfahren, so dass die beiden Nutseitenflächen im Längsvorschub fertig gefräst werden.

Soll mit einem herkömmlichen Fräsaggregat eine Nut gefräst werden, deren Breite nicht genau dem Durchmesser des verwendeten Fräswerkzeugs entspricht, so ist es demnach notwendig, das Fräswerkzeug mehrfach über das Werkstück laufen zu lassen und die Nut so in mehreren Arbeitsgängen auszubilden.

Auch zum Vorfräsen und Profilieren einer Nut sind mit dem herkömmlichen Fräsaggregat zumindest zwei Arbeitsgänge erforderlich.

JP 06277922 A offenbart ein Fräsaggregat, welches mit einer Fräsmaschine verbindbar ist und eine Fräswerkzeugaufnahme aufweist, an der zumindest zwei Fräswerkzeuge anbringbar sind. Auch gemäß US 4,767,246 ist ein Mehrfach-Aggregat vorgesehen, an welchem beispielsweise drei Fräswerkzeuge anbringbar sind.

Gemäß DE 909 281 C ist eine Fräsmaschine mit zwei Frässpindeln zur Aufnahme jeweils eines Fräswerkzeugs vorgesehen, wobei die Frässpindeln gegenseitig verschwenkbar sind. So ist es möglich, geradlinige oder gekrümmte Fräsbahnen in gleichbleibender oder veränderlicher Breite auszubilden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fräsaggregat zu schaffen, mit dem die Anzahl der Arbeitsgänge bei der Fräsbearbeitung eines Werkstücks reduziert werden kann, sowie eine Vorrichtung zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks, in der ein solches Fräsaggregat eingesetzt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Fräsaggregat sowie durch die im Patentanspruch 8 beschriebene Vorrichtung.

Demzufolge sind an der Fräswerkzeugaufnahme zumindest zwei Fräswerkzeuge anbringbar, und das Fräsaggregat weist Mittel zur Übertragung einer Drehbewegung der Frässpindel auf die zumindest zwei Fräswerkzeuge auf. Dabei ist für den Antrieb aller vorhandenen Fräswerkzeuge eines Fräsaggregats weiterhin eine einzige Frässpindel vorgesehen. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Fräswerkzeug bezüglich der Frässpindel schwenkbar gelagert, und zwar derart, dass ein Winkel zwischen einer Geraden, die durch die Mittelpunkte von zwei Fräswerkzeugen und im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Werkstücks verläuft, und dem Vektor der Vorschubrichtung des Fräsaggregats einstellbar ist. Dieser Winkel und somit die Breite der zu fräsenden Nut kann entweder durch Verschwenken der Werkzeugaufnahme bezüglich des Fräsaggregats um die Achse der Frässpindel (C-Achse) herum eingestellt werden oder durch Verschwenken des Fräsaggregats um die Achse der Frässpindel herum.

So ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass mit einem einzigen erfindungsgemäßen Fräsaggregat Nuten mit verschiedenen Breiten in einem Werkstück erzeugt werden können. Die minimal erzeugbare Nutbreite entspricht dabei dem Außendurchmesser des größten vorhandenen Fräswerkzeugs in einer Stellung des Fräsaggregats, in der die erwähnte Gerade, die durch die Mittelpunkte von zwei Fräswerkzeugen verläuft, parallel zur Vorschubrichtung des Fräsaggregats liegt. Durch Verändern des Winkels zwischen dieser Geraden und der Vorschubrichtung werden die beiden Fräswerkzeuge immer weiter gegeneinander versetzt. Die maximal erzeugbare Nutbreite ergibt sich als Summe der Durchmesser der Fräswerkzeuge in einer Stellung des Fräsaggregats, in der die Fräswerkzeuge in Vorschubrichtung nebeneinander angeordnet sind.

Da sich durch Verschwenken von zumindest einem Fräswerkzeug des erfindungsgemäßen Fräsaggregats um die C-Achse die Gesamtbreite der Fräswerkzeuge und somit die Breite der erzeugten Nut verändert, ergibt sich ein weiterer Vorteil gegenüber den herkömmlichen Fräsaggregaten: Im allgemeinen wird das Fräswerkzeug beim Rücklauf des Werkzeug- oder des Werkstückschlittens in seine Ausgangsstellung abgehoben. Sonst entstehen nämlich beim Rücklauf des Werkstückschlittens in seine Ausgangsstellung auf der zuvor gefrästen Fläche Markierungen. Diese können durch Plan- oder Rundlaufabweichungen des Fräswerkzeuges, durch die Elastizität der Fräswerkzeugaufnahme und durch die Verformung der Vorrichtung infolge der auftretenden Schnittkräfte verursacht werden. Diese Markierungen verschlechtern die Güte der Fräsfläche, und das nochmalige unerwünschte Gleiten der Fräswerkzeugschneiden über die Fräsfläche wirkt sich auf das Fräswerkzeug standzeitverringernd aus.

Mit einem herkömmlichen Fräsaggregat mit nur einem Fräswerkzeug mit festem Durchmesser ist eine Fräserabhebung für den Rücklauf nun nicht in jedem Fall möglich.

Beispielsweise kann ein herkömmliches Fräswerkzeug nach dem Fräsen einer Nut mit Hinterschneidung wie einer sog. Schwalbenschwanznut, die sich nicht über die gesamte Länge des Werkstücks erstreckt, nicht von dem Werkstück abgehoben werden, wenn die erzeugte Nut an der Oberfläche des Werkstücks enger ist als der Durchmesser des Fräswerkzeugs an seiner breitesten Stelle. In diesem Fall ist es bei Verwendung eines herkömmlichen Fräsaggregats notwendig, die gefräste Nut noch einmal in Rückwärtsrichtung zu durchlaufen.

Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Fräsaggregats kann dieser Nachteil in einigen Fällen vermieden werden. Nach dem Fräsen einer Nut mit Hinterschneidung, die in einem einzigen Arbeitsgang mit gegeneinander versetzten Fräswerkzeugen (α < 0°) erzeugt wird, kann das erfindungsgemäße Fräsaggregat bei geeigneten geometrischen Verhältnissen so verschwenkt werden, dass die beiden Fräswerkzeuge in Längsrichtung der Nut genau hintereinander zu liegen kommen (α = 0°). In dieser Stellung kann das Fräsaggregat dann für den Rücklauf von dem Werkstück abgehoben werden, so dass die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fräsaggregats ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorzugsweise rotieren zumindest zwei der vorhandenen Fräswerkzeuge gegenläufig. Dadurch wird die Spanabfuhr wesentlich verbessert.

Die Einstellung des oben genannten Winkels und somit der Breite der zu fräsenden Nut kann manuell oder automatisch erfolgen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fräsaggregats sind die vorhandenen Fräswerkzeuge gleichartig ausgestaltet, um beide Kanten der zu erzeugenden Nut möglichst gleichförmig zu erzeugen. Die Fräswerkzeuge haben dann vorzugsweise den gleichen Durchmesser.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fräsaggregats ist zumindest ein Vorfräser und zumindest ein Profilfräser vorgesehen. Das Vorfräsen und das Profilieren einer Nut kann dann in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen. Der Profilfräser hat dabei vorzugsweise einen geringfügig größeren Durchmesser als der Vorfräser.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks weist zumindest eine Frässpindel und zumindest ein erfindungsgemäßes Fräsaggregat auf. Jedes Fräsaggregat kann dabei fest in einer Fräsmaschine installiert und fest mit einer Frässpindel und mit dem Antrieb der Fräsmaschine gekoppelt sein.

Alternativ können Wechselaggregate vorgesehen sein. In diesem Fall können unterschiedliche Fräsaggregate wahlweise mit einer Frässpindel gekoppelt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dann in einem Bearbeitungszentrum vorgesehen sein, in dem die Wechselaggregate dann vorzugsweise automatisch einwechselbar sind. Solche Bearbeitungszentren besitzen bei einem hohen Automatisierungsumfang eine große Flexibilität. Sie zeichnen sich durch einen automatischen Betrieb aus, der sowohl den Bearbeitungsablauf mit allen Weg- und Schaltfunktionen und die schnelle Wiederholbarkeit einzelner Arbeitsgänge als auch den Werkzeugwechsel aus entsprechend großen Magazinen umfasst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1a-d eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsaggregats in verschiedenen Ansichten,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsaggregats,

Fig. 3a, b die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsaggregats in zwei verschiedenen Betriebsstellungen, und

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsaggregats.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Die Fig. 1a bis 3b zeigen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsaggregats 1. Das Fräsaggregat 1 kann an seiner Oberseite über ein Verbindungselement 7 mit einer Frässpindel einer Fräsmaschine (nicht dargestellt) gekoppelt werden.

Innerhalb des Fräsaggregats 1 wird die Drehbewegung der Frässpindel über das Verbindungselement 7 an eine Fräswerkzeugaufnahme 4 übertragen.

Erfindungsgemäß weist die Fräswerkzeugaufnahme 4 zwei Werkzeuglager 5, 6 auf, in denen Fräswerkzeuge 2, 3 befestigt werden können (s. Fig. 3a, b). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Werkzeuglager 5, 6 an ihrem Außenumfang miteinander im Eingriff. Die Drehung der Frässpindel und somit des Verbindungselements 7 überträgt sich auf das erste Werkzeuglager 5, und aufgrund der Drehung des ersten Werkzeuglagers 5 dreht sich auch das damit im Eingriff befindliche Werkzeuglager 6, wobei die beiden Werkzeuglager 5, 6 und somit auch die darin angebrachten Fräswerkzeuge 2, 3 gegenläufig rotieren. Diese gegenläufige Rotation führt zu einer verbesserten Spanabfuhr. Es ist jedoch auch denkbar, die beiden Fräswerkzeuge 2, 3 mittels eines geeigneten Zwischenelements gleichläufig rotieren zu lassen.

Aus Fig. 1a und 3a, b ist außerdem die Gerade M ersichtlich, die die Mittelpunkte der beiden Werkzeuglager 5, 6 und somit der beiden Fräswerkzeuge 2, 3 verbindet. Die Gerade M verläuft parallel zur Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks (nicht dargestellt).

Fig. 3a und 3b zeigen die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsaggregats in zwei verschiedenen Betriebsstellungen, in denen zwei verschieden breite Nuten in ein Werkstück gefräst werden können. Hier wird deutlich, dass das Fräsaggregat 1 schwenkbar bezüglich der Frässpindel gelagert ist, wobei das Verschwenken um eine Achse C herum erfolgt, die der Mittelachse der Frässpindel entspricht (vgl. Fig. 1b und 1d). Die Vorschubrichtung des Fräsaggregats ist durch einen Pfeil V gekennzeichnet.

In der in Fig. 3a gezeigten ersten Betriebsstellung liegt die erwähnte Gerade M, die die Mittelpunkte der beiden Fräswerkzeuge verbindet, parallel zur Vorschubrichtung V. So kann eine Nut mit minimaler Breite a₁ erzeugt werden, die dem Durchmesser der beiden Fräswerkzeuge 2, 3 entspricht. Durch Verschwenken des Fräsaggregats 1 kann dann die in Fig. 3b gezeigte Betriebsstellung erzeugt werden, in der die Gerade M einen von 0° verschiedenen Winkel α mit der Vorschubrichtung V bildet. In der gezeigten Stellung liegen so die beiden Fräswerkzeuge 2, 3 in Vorschubrichtung nebeneinander, und die erzeugte Nut hat die maximale Breite a₂, die der Summe der Durchmesser der beiden Fräswerkzeuge 2, 3 entspricht.

Zum Erzeugen einer solchen Nut mit der Breite a₂ müsste ein herkömmliches Fräsaggregat mit nur einem Fräswerkzeug mit dem Durchmesser a₁ mehrfach über das Werkstück hinüber gefahren werden.

Da das Fräsaggregat 1 stufenlos verschwenkbar ist, können auch alle Zwischenpositionen zwischen den in Fig. 3a und 3b gezeigten eingenommen werden. Mittels eines einzigen erfindungsgemäßen Fräsaggregats können daher Nuten mit einer Breite im Bereich von der minimalen Breite a₁ bis zur maximalen Breite a₂ erzeugt werden, indem lediglich das Fräsaggregat 1 um die Achse C herum verschwenkt wird.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs. Anstelle der beiden gleichartigen Fräswerkzeuge 2, 3 sind in dieser Ausführungsform ein Vorfräswerkzeug 2 und ein Profilierwerkzeug 3' vorgesehen. Mit dem Fräsaggregat 1 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann nun in einem einzigen Arbeitsgang eine Nut mittels des Vorfräswerkzeugs 2 vorgefräst und mittels des Profilierwerkzeugs 3' profiliert werden.

Beide vorgestellten Ausführungsformen der Erfindung weisen jeweils zwei Fräswerkzeuge auf. Alternativ können jedoch beispielsweise auch drei gleichartige Fräswerkzeuge vorgesehen sein, deren relative Lage zueinander jeweils einstellbar ist. Durch Verändern von in diesem Fall zwei Winkeln α und β können spezielle Nutformen wie beispielsweise Doppelnuten erzeugt werden.

Claims (12)

1. Fräsaggregat (1), welches zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks mit einer Frässpindel einer Fräsmaschine verbindbar ist und welches eine Fräswerkzeugaufnahme (4) aufweist, an der zumindest zwei Fräswerkzeuge (2, 3) anbringbar sind, sowie Mittel (5, 6) zur Übertragung einer Drehbewegung der Frässpindel auf die zumindest zwei Fräswerkzeuge (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Fräswerkzeug (2, 3) bezüglich der Frässpindel schwenkbar gelagert ist, und zwar derart, dass ein Winkel (α) zwischen einer Geraden (M), die durch die Mittelpunkte von zwei Fräswerkzeugen (2, 3) und im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Werkstücks verläuft, und dem Vektor der Vorschubrichtung (V) des Fräsaggregats (1) entweder durch Verschwenken der Fräswerkzeugaufnahme (4) bezüglich des Fräsaggregats (1) um die Längsachse (C) der Frässpindel herum oder durch Verschwenken des Fräsaggregats (1) um die Längsachse (C) der Frässpindel herum einstellbar ist.

2. Fräsaggregat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Fräswerkzeuge (2, 3) gegenläufig rotieren.

3. Fräsaggregat (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Winkels (α) automatisch erfolgt.

4. Fräsaggregat (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle vorhandenen Fräswerkzeuge (2, 3) gleichartig ausgestaltet sind.

5. Fräsaggregat (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle vorhandenen Fräswerkzeuge (2, 3) den gleichen Durchmesser aufweisen.

6. Fräsaggregat (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Vorfräswerkzeug (2) und zumindest ein Profilierwerkzeug (3') vorgesehen sind.

7. Fräsaggregat (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorfräswerkzeug (2) einen kleineren Durchmesser hat als das Profilierwerkzeug (3').

8. Vorrichtung zur Fräsbearbeitung eines Werkstücks mit mindestens einer Frässpindel und mindestens einem Fräsaggregat (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Fräsaggregat (1) fest mit einer Frässpindel gekoppelt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorhandenen Fräsaggregate (1) austauschbar mit einer Frässpindel koppelbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeugmagazin zur Aufnahme der Fräsaggregate (1) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fräsaggregate (1) automatisch austauschbar sind.