DE102005051695A1 - Fräs- und/oder Drehwerkzeug sowie Fräs- und/oder Drehverfahren - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Fräs- und/oder Drehwerkzeug zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit wenigstens einem an dem Werkzeug gehalterten Bearbeitungsmittel mit einer Schneide, wobei das Bearbeitungsmittel relativ zu einer Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks bewegt wird und das Bearbeitungsmittel hinsichtlich seiner Schneide zu einer Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fräs- und/oder Drehverfahren, bei dem ein Werkstück mit einem eine Schneide aufweisenden Bearbeitungsmittel, insbesondere einer Wendeplatte, spanabhebend bearbeitet wird, wobei das Bearbeitungsmittel relativ zum Werkstück entlang seiner Oberfläche bewegt wird und das Bearbeitungsmittel hinsichtlich seiner Schneide zu einer Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
- Ein derartiges Werkzeug bzw. Verfahren ist insbesondere unter dem Begriff Wendeplattenfräser zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken bekannt. Beispielhaft wird auf die
DE 10 2004 006 388 A1 verwiesen, in der ein Wendeplattenfräser bzw. Wendeplatten beschrieben sind, die eine präzise Zentrierung erlauben. Bei diesem Gegenstand werden die Wendeplatten, wie im Stand der Technik allgemein üblich, fest mit dem Werkzeugträger verbunden. Bei Abnutzung der Schneidkante der Wendeplatte kann diese ausgetauscht oder nach dem Lösen verdreht und wieder angezogen werden. - Nachteilig an der bisher bekannten festen Fixierung der Wendeplatten am Werkzeugkörper ist, dass bei der Abnutzung der Schneidkante der Wendeplatte das Schneidergebnis bei der spanabhebenden Bearbeitung und damit die Oberflächengüte des bearbeiteten Werkstücks verschlechtert wird und ggf. Überschreitungen der Toleranzen entstehen könnten.
- Je nach zu bearbeitenden Werkstoffen sind daher die Standzeiten der Wendeplatten stark begrenzt. Beim Verdrehen bzw. Wenden der Wendeplatten an dem Werkzeug entsteht jedoch ein erheblicher im Wesentlichen manueller Arbeitsaufwand, der einen hohen Anteil der Gesamtbearbeitungskosten beim Fräsen und/oder Drehen einnimmt.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Stand- und Wegezeiten bei Verwendung von Wendeplatten zu erhöhen und insbesondere ein manuelles Verstellen bzw. Wenden der Wendeplatten überflüssig zu machen.
- Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Fräs- und/oder Drehwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Ferner wird diese Aufgabe bei einem Fräs- und/oder Drehverfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
- Bei den mit einer Schneide ausgestatteten Bearbeitungsmitteln, handelt es sich vorzugsweise um im Stand der Technik bekannte Wendeplatten mit einer durchgehenden, kreisrunden Schneidkante, wie sie insbesondere an Fräsköpfen zum beispielsweise Planfräsen, Kopierfräsen, Schlichtfräsen, Schruppfräsen usw. an entsprechenden als Fräskopf ausgebildeten Werkzeugen verwendet werden. Diese im Wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildeten Wendeplatten bilden auf einer Seite ihrer Kreisscheibenform zwischen Mantelfläche und Kreisscheibenfläche die Schneidkante, dabei kann die Wendeplatte auch als Kegelstumpf ausgebildet sein, wobei bevorzugt die umlaufende Kante an der Seite mit größerem Durchmesser die Schneidkante bildet. Derartige Wendeplatten weisen hinsichtlich ihrer zentralen Symmetrieachse eine koaxiale Aufnahmebohrung zum Befestigen der Wendeplatte am Werkzeugkörper auf. In der
DE 10 2004 006 388 A1 sind Befestigungsmöglichkeiten dafür beschrieben. - Dadurch, dass erfindungsgemäß das Bearbeitungsmittel drehbar um die Achse am Werkzeug gelagert ist, kann sich das Bearbeitungsmittel, insbesondere die kreisrunde Wendeplatte, um ihre eigene Symmetrieachse verdrehen, wenn das Bearbeitungsmittel in Relativbewegung zum spanabhebenden Bearbeiten über das zu bearbeitende Werkstück geführt wird. Während der Bearbeitung verdreht sich also das Bearbeitungsmittel (Wendeplatte) mit seiner Schneidkante auf dem zu bearbeitenden Werkstück, so dass stets ein anderer Abschnitt der Schneidkante des Bearbeitungsmittels mit der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks in Berührung gelangt.
- Damit wird erreicht, dass das Bearbeitungsmittel (Wendeplatte) mit seiner Schneidkante im Wesentlichen über seinen gesamten Umfang gleichmäßig abgenutzt wird. Die Standzeit des Bearbeitungsmittels wird somit erheblich gesteigert, da jeder Abschnitt der kreisförmigen Schneidkante des Bearbeitungsmittels mit dem Werkstück in Berührung gelangt. Ferner entfällt die meist manuell druchzuführende Verstellung (Wenden) des Bearbeitungsmittels (Wendeplatte), da durch die drehbare Lagerung des Bearbeitungsmittels um die Achse am Werkzeug entweder ein freies Mitdrehen des Bearbeitungsmittels bei der spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks erfolgt oder das Bearbeitungsmittel aktiv drehangetrieben durch eine entsprechende Mimik im Fräs- und/oder Drehwerkzeug aktiv gedreht wird.
- Die drehbare Lagerung des Bearbeitungsmittels kann beispielsweise durch einen am Werkzeug angeformten Zapfen, auf dem das Bearbeitungsmittel drehbar aufgesteckt ist, realisiert werden.
- Bei einer frei drehbar ausgebildeten Lagerung des Bearbeitungsmittels am Werkzeug entscheidet der Anstellwinkel (Freiwinkel) sowie die Verstellung der Drehachse im Werkzeug (Fräskopf) zur Tangentialrichtung bezüglich der Drehachse des Werkzeugs (Fräskopfes), ob und in welche Richtung sich das Bearbeitungsmittel (Wendeplatte) beim spanabhebenden Bearbeiten dreht.
- Alternativ ist das Bearbeitungsmittel aktiv drehangetrieben, wobei beispielsweise ein im Fräskopf untergebrachter Planetenantrieb mit einem entsprechenden Getriebe, beispielsweise Zahnradgetriebe, den aktiven Drehantrieb des Bearbeitungsmittels bewirkt.
- Bei einem bevorzugten Anwendungsgebiet handelt es sich bei dem Bearbeitungsmittel um eine kreisscheibenförmige Wendeplatte, die an einem als Fräskopf ausgebildeten Werkzeug angeordnet ist. Häufig werden an einem Fräskopf mehrere, meist äquidistant verteilte Wendeplatten, beispielsweise 3, 5, 6, 8, 10 Wendeplatten an einem Fräskopf, angeordnet.
- Dadurch, dass die Wendeplatte auf einem Trägerelement befestigt ist, wobei das Trägerelement drehbar in dem Werkzeug gehaltert ist, wird die Wendeplatte nicht unmittelbar drehbar gehalten, sondern auf einem Trägerelement befestigt, das drehbar in den Werkzeug gehaltert ist.
- Um die für deratige Bearbeitungswerkzeuge erforderliche niedrige Toleranz im Mikrometerbereich einhalten zu können, hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Trägerelement koaxial zur Achse einen Wellenstummel hat, der in einer Sackbohrung im Werkzeug drehbar geführt ist.
- Wenn zwischen Wellenstummel und Sackbohrung eine Rasteinrichtung zum schnellen Wechsel des mit dem Bearbeitungsmittel bestückten Trägerelementes vorgesehen ist, kann bei einer derartigen Drehlagerung ein Schnellwechsel realisiert werden, bei dem jeweils eine auf einem Trägerelement befestigte Wendeplatte an dem Werkzeug durch Tausch der Trägerelement/Wendeplatten-Einheit ausgewechselt werden kann. Bei Abnutzung der Wendeplatten kann somit ein sehr schneller Wechsel der Wendeplatten erfolgen, so dass die Stillstandzeiten für die spanabhebende Maschine gegenüber der herkömmlichen Auswechselung von Wendeplatten erheblich verkürzt werden kann.
- Bevorzugt besteht die Rasteinrichtung aus einem im Wesentlichen tangential zum Wellenstummel/Sackbohrung angeordneten, federnd gelagerten Stift und einer in den Wellenstummel eingeschnittenen Ringnut, wobei bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Stift mit der Ringnut in Eingriff steht. Bei einer derartigen Konstruktion kann durch manuelles Drücken des federnd gelagerten Stiftes gegen seine Federkraft die frei drehbare Rasteinstellung freigegeben werden, um das Trägerelement mit Wendeplatte auszutauschen. Nach dem Einsetzen des Wechselträgerelements mit neuer Wendeplatte rastet beim Loslassen des Stiftes automatisch der Stift in die Ringnut im Wellenstummel des Trägerelementes ein, so dass eine passgenaue Fixierung der auf dem Trägerelement befestigten Wendeplatte bei gleichzeitig erlaubter Drehung um die Symmetrieachse gewährleistet ist.
- Dadurch, dass der Wellenstummel oder das ganze Trägerelement mit Wellenstummel aus einem festen, verschleißfähigen Material (Bronze) gefertigt ist, wird eine passgenaue und dauerhafte Gleitlagerung des Trägerelements im Werkzeug erreicht. Dabei dient der aus Bronze gefertigte Wellenstummel als weicheres Verschleißteil, das keinen nennenswerten Abrieb im Werkzeug (Fräskopf) erzeugt. Von Zeit zu Zeit müssen die Trägerelemente nach Erreichen einer Abriebtoleranz ausgetauscht werden.
- Alternativ kann die frei drehbare Lagerung des Trägerelementes mit der darauf befestigten Wendeplatte auch mittels Kugellagerung erreicht werden.
- Bevorzugt ist bei einem Fräskopf, der beim Fräsen um eine Rotationsachse gedreht wird, die Achse in Tangentialrichtung zur Rotationsachse um bis zu 30°, insbesondere bis zu 10° in der Radialebene der Rotationsachse sowie zur Radialachse um bis zu 30°, insbesondere bis zu 15° geneigt angeordnet.
- Nachfolgend wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung detalliert beschrieben.
- Darin zeigt:
-
1 ein Fräswerkzeug in einer ersten Ausführungsform in Ansicht mit fünf Bearbeitungsmitteln, -
2 den in1 dargestellten Fräskopf entlang einem in1 mit A-A definierten Schnitt, -
3 ein Trägerelement in vergrößerter Längsschnittdarstellung und -
4 in alternativer Ausgestaltung eine Teilansicht eines Fräswerkzeugs mit Schnellwechselrasteinrichtung. - In
1 ist ein Werkzeug in Form eines Fräskopfes1 in einer Ansicht auf seine Bearbeitungsfläche100 dargestellt. Der Fräskopf1 weist einen Fräskörper10 aus einem geeigneten Werkzeugstahl auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel, wie aus1 und aus der Querschnittdarstellung entlang der in1 dargestellten Linie A-A in2 ersichtlich, im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes hat. Dabei ist die einen größeren Durchmesser aufweisende Seite des Fräskörpers10 die Bearbeitungsseite100 des Fräskopfes1 , die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Fräskopfes1 auf einem Werkstück zur spanabhebenden Bearbeitung, beispielsweise Planfräsen, aufliegt. In1 ist diese Bearbeitungseite100 die Ansichtseite, in2 ist dies die im Querschnitt oben dargestellte Begrenzung des Fräskörpers10 . - Der Fräskörper
10 ist somit Rotationssymmetrisch zu einer orthogonalen zur Bearbeitungsseite ausgebildeten Rotationsachse X ausgebildet. Koaxial zu dieser Rotationsachse X ist eine Aufnahme15 zur Befestigung an einer nicht dargestellten Welle eine Werkzeugmaschine vorgesehen. - Ferner zeigt
1 fünf in den Fräskörper10 zueinander gleichwinklig beabstandete Ausschnitte11 , die Raum zur Aufnahme von Bearbeitungsmitteln2 in Form von Wendeplatten am Fräskörper10 bilden. Jeder Ausschnitt11 hat eine zur Rotationsachse X annähernd in einer Radialebene ausgerichtete Anlagefläche12 , die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 4° um eine zur Rotationsachse X paralle Achse geneigt ist. Ferner ist diese Anlagefläche12 um die jeweilige Radialachse mit einem positiven Schneidwinkel von 8° geneigt. Diese Winkelkonstellation des Anstellwinkel der Wendeplatte2 im Fräskopf1 und damit deren Anstellwinkel auf der Werkstückoberfläche ist abhängig von einer Vielzahl von Faktoren, wie beispielsweise der Geometrie der verwendeten Wendeplatte2 , dem gewünschten Verwendungszweck, insbesondere den zu bearbeitendem Material, dem Bearbeitungszweck, der zu erreichenden Oberflächengüte etc. Entsprechend können diese Einstellwinkel erheblich variieren. - Die Wendeplatte
2 besitzt eine kreisrund umlaufende Schneidkante21 , die symmetrisch zu einer Achse Y, der Drehachse des Bearbeitungsmittels, ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Wendeplatte2 die Form eines Kegelstumpfes bzw. einer Kreisscheibe mit einer planebenen Rückseite22 , die als Anlagefläche dient. - Orthogonal in die Anlagefläche
12 ist eine Sackbohrung13 in den Fräskörper10 eingebracht, wie dies in1 in einem Teilquerschnitt und in2 dargestellt ist. Senkrecht zur Sackbohrung13 ist ferner eine die Sackbohrung13 teilweise durchschneidende Stiftbohrung14 im Fräskörper10 angeordnet. Im in den1 und2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stiftbohrung14 parallel zur Rotationsachse X des Fräskopfes1 ausgerichtet. - Alternativ kann die Stiftbohrung
14 auch in zur Rotationsachse X radialer Richtung im Fräskörper10 , bevorzugt von der Innenseite des Fräskörpers10 im Bereich der Aufnahme15 eingebracht sein, wie dies in4 in einer geschnittenen Teilansicht eines Fräskopfes1' in einer zweiten Ausführungsform dargestellt ist. - Wie in
1 in der Ansicht dargestellt, ist die Wendeplatte2 nicht unmittelbar an dem Fräskopf1 drehbar gelagert, was ebenfalls denkbar ist. Hier ist jedoch die Wendeplatte2 auf einem Trägerelement3 befestigt, welches in der Sackbohrung13 im Fräskörper10 drehbar gelagert ist. Das Trägerelement3 ist ein zylindersymmetrisches Bauteil, das einen Wellenstummel31 , eine Anlageplatte32 sowie eine Zentrieraufnahme33 für die Wendeplatte2 besitzt, wie aus3 ersichtlich. Koaxial zur Zylinderachse des Trägerelements3 , die mit der Drehachse Y zusammenfällt, ist in die Zentrieraufnahme33 eine Sackbohrung34 mit Gewinde eingebracht. - Die Wendeplatte
2 wird auf die Zentrieraufnahme33 aufgesteckt und mittels einer nicht dargestellten Schraube, die in die Sackbohrung34 mit Gewinde eingreift, auf dem Trägerelement3 unter Anlage der Rückseite22 der Wendeplatte2 fest verspannt. Der Wellenstummel31 des Trägerelementes3 weist eine umlaufende Ringnut35 auf. Die Symmetrieachse (Zylinderachse) des Trägerelementes3 bildet die Drehachse Y des Bearbeitungsmittels (Wendeplatte)2 . - Das mit der Wendeplatte bestückte Trägerelement
3 wird in die Sackbohrung13 des Fräskopfes1 eingesteckt und gemäß Ausgestaltung der1 und2 mit einer Madenschraube16 , die in die Stiftbohrung14 einschraubbar ist, fixiert. Dabei greift die Madenschraube16 in die Ringnut35 des Wellenstummels31 des Trägerelementes3 ein, so dass das Trägerelement3 mit Wendeplatte2 frei drehbar am Fräskopf1 fixiert ist. - In alternativer Ausgestaltung gemäß
4 ist in dem dort dargestellten Fräskopf1' eine Stiftbohrung14' in zur Rotationsachse X des Fräskopfes1' radialer Ausrichtung angeordnet. In dieser Stiftbohrung14' ist ein federbelasteter zylindrischer Stift17 eingesetzt, dessen zylindrischer Abschnitt in nicht betätigter Normalstellung (federbelastet) mit der Ringnut35 des Trägerelementes3 zusammenwirkt, so dass das mit der Wendeplatte2 versehene Trägerelement3 frei drehbar aber gesichert in der Sackbohrung13 gelagert ist. Bei manueller Betätigung des Stiftes17 gegen die Federkraft wird der Stift17 in Pfeilrichtung Z in der Stiftbohrung14' verschoben, so dass eine im Stift17 eingestochene Ringnut18 mit der Sackbohrung13 fluchtet, so dass der Eingriff mit der Ringnut35 des Trägerelementes3 aufgehoben ist und das Trägerelement3 aus der Sackbohrung13 entnehmbar ist. - Die Ausgestaltung gemäß
4 erlaubt somit einen schnellen Wechsel der mit Wendeplatte2 versehenen Trägerelemente3 , beispielsweise bei Erreichen der Abriebgrenzen der Schneidkante21 der Wendeplatte2 . Durch die einfache manuelle Betätigung zur Entriegelung der Trägerelemente3 am Fräskopf1' kann der Werkzeugeinrichter bei einem erforderlichen Austausch der Wendeplatten2 schnell die erforderlichen Schritte durchführen und unmittelbar danach die weitere Produktion fortführen. Der zeitliche Ausfall der Werkzeugmaschine für den Austausch der Wendeplatten ist minimiert, woraus sich erhebliche wirtschaftliche Vorteile ergeben. Die Wendeplatten2 können vormontiert auf passenden Trägerelementen3 für einen Wechsel vorgehalten werden. -
- 1, 1'
- (Fräs- und/oder Dreh-) Werkzeug, Fräskopf
- 10
- Fräskörper
- 100
- Bearbeitungsfläche, -seite
- 11
- Ausschnitt
- 12
- Anlagefläche
- 13
- Sackbohrung
- 14, 14'
- Stiftbohrung
- 15
- Aufnahme
- 16
- Madenschraube
- 17
- Stift
- 18
- Ringnut
- 2
- Bearbeitungsmittel, Wendeplatte
- 21
- Schneide, Schneidkante
- 22
- Rückseite
- 3
- Trägerelement
- 31
- Wellenstummel
- 32
- Anlageplatte
- 33
- Zentrieraufnahme
- 34
- Sackbohrung
- 35
- Ringnut
- X
- Rotationsachse des Fräskopfes
- Y
- Drehachse des Bearbeitungsmittels
- Z
- Pfeil
Claims (12)
- Fräs- und/oder Drehwerkzeug (
1 ) zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit wenigstens einem an dem Werkzeug (1 ) gehalterten Bearbeitungsmittel (2 ) mit einer Schneide (21 ), wobei das Bearbeitungsmittel (2 ) relativ zu einer Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks bewegt wird und das Bearbeitungsmittel (2 ) hinsichtlich seiner Schneide (21 ) zu einer Achse (Y) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsmittel (2 ) drehbar um die Achse (Y) am Werkzeug (1 ) gelagert ist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung frei drehbar ausgebildet ist.
- Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsmittel (
2 ) aktiv drehangetrieben ausgebildet ist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsmittel (
2 ) eine kreisscheibenförmige Wendeplatte ist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendeplatte (
2 ) auf einem Trägerelement (3 ) befestigt ist, wobei das Trägerelement (3 ) drehbar in dem Werkzeug (1 ) gehaltert ist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (
3 ) koaxial zur Achse (Y) einen Wellenstummel (31 ) hat, der in einer Sackbohrung (13 ) im Werkzeug (1 ) drehbar geführt ist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wellenstummel (
31 ) und Sackbohrung (13 ) eine Rasteinrichtung zum schnellen Wechsel des mit dem Bearbeitungsmittel (2 ) bestückten Trägerelementes (3 ) vorgesehen ist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasteinrichtung aus einem im Wesentlichen tangential zum Wellenstummel (
31 )/Sackbohrung (13 ) angeordneten, federnd gelagerten Stift (17 ) und einer in den Wellenstummel (31 ) eingeschnittenen Ringnut (35 ) besteht, wobei bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Stift (17 ) mit der Ringnut (35 ) in Eingriff steht. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstummel (
31 ) oder das ganze Trägerelement (3 ) mit Wellenstummel (31 ) aus einem festen, verschleißfähigen Material, z. B. Bronze, gefertigt ist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (
3 ) eine Kugellagerung aufweist. - Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 6, 7, 8, 9 oder 10 ausgebildet als Fräskopf (
1 ), der beim Fräsen um eine Rotationsachse (X) gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (Y) in Tangentialrichtung zur Rotationsachse (X) oder bis zu 30°, insbesondere bis zu 10° in der Radialebene der Rotations achse (X) sowie zur Radialachse bis zu 30°, insbesondere bis zu 15°, geneigt angeordnet ist. - Fräs- und/oder Drehverfahren, bei dem ein Werkstück mit einem eine Schneide aufweisenden Bearbeitungsmittel, insbesondere einer Wendeplatte, spanabhebend bearbeitet wird, wobei das Bearbeitungsmittel relativ zum Werkstück entlang seiner Oberfläche bewegt wird und das Bearbeitungsmittel hinsichtlich seiner Schneide zu einer Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungsmittel bei der Relativbewegung um die Achse gedreht oder mitgedreht wird.
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