DE102007011330A1

DE102007011330A1 - Schneidenträger und Fräsmesserkopf

Info

Publication number: DE102007011330A1
Application number: DE102007011330A
Authority: DE
Inventors: Markus Heinloth; Helmut Klein; Ralf KLÖTZER
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2008-09-18
Also published as: BRPI0808468A2; JP2010520073A; RU2009137141A; CN101626858A; MX2009009259A; CA2678627A1; WO2008106914A1; EP2129483A1; RU2425735C2; CN101626858B; JP5230657B2; US20100104383A1; KR20090122939A; US8297890B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schneidenträger zur Befestigung an einem Fräsmesserkopf, bestehend aus einem schaftförmigen Stift und einem Kopf mit eingelöteter Schneide mit einer von einer Spanfläche und einer Freifläche gebildeten Nebenschneidkante. Erfindungsgemäß weist die Nebenschneidkante eine Verrundung auf, deren Radius von einem Nebenschneidkantenende zumindest bis zur Schneidkantenmitte oder bis zu dem anderen Nebenschneidkantenende kontinuierlich ansteigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneidenträger zur Befestigung an einem Fräsmesserkopf, bestehend aus einem schaftförmigen Stift und einem Kopf mit eingelöteter Schneide mit einer von einer Spanfläche und einer Freifläche gebildeten Nebenschneidkante.
Die Erfindung betrifft ferner einen Fräsmesserkopf zum orthogonalen Drehfräsen mit exzentrischer Werkzeuganstellung, insbesondere zum Feinfräsen von Lagern einer Kurbel- oder Nockenwelle mit mindestens zwei, vorzugsweise drei exzentrisch angeordneten Schneidenträgern der vorgenannten Art.
Ein Fräsmesserkopf der genannten Art ist prinzipiell aus der DE 40 03 862 bekannt. Die Ausnehmungen für die Schneidenträger erstrecken sich bei dem dort beschriebenen Messerkopf von der einen Stirnfläche seines Grundkörpers parallel zu dessen Drehachse sowie im Abstand vom Umfang, wobei die Schneiden der verwendeten Schneidplatten nur wenig über die Stirnfläche des Grundkörpers vorstehen. Ferner stehen die Achsen der zum Verspannen dienenden Rundkeile jeweils windschief zu den Achsen der die Schneidplatten tragenden Schneidplattenträger. Schließlich ist auch noch jeweils ein weiterer Rundkeil mit Differentialschraube zur axialen Einstellung einer jeden Schneidplatte vorgesehen und in einer Ausnehmung angeordnet, die sich vom Umfang des Grundkörpers radial einwärts erstreckt. Zur axialen Einstellung und zum radial auswärts gerichteten Verspannen werden geometrisch gleiche Rundkeile verwendet. Als Vorteil dieses Messerkopfes wird hervorgehoben, dass aufgrund der Lage der die Schneidplattenträger aufnehmenden Ausnehmungen parallel zur Drehachse des Grundkörpers nur radial gerichtete Fliehkräfte ohne Axialkomponenten auftreten. Diese Kräfte lassen sich gut abfangen, weil sich die Ausnehmungen nicht unmittelbar am Umfang des Grundkörpers, sondern radial einwärts im Abstand vom Umfang befinden. Der Messerkopf ist daher auch für extrem hohe Drehzahlen und die dann auftretenden Fliehkräfte geeignet. Vorteilhafter Weise ist eine Feineinstellung der Schneidelemente in axialer Richtung ohne Überlagerung mit radialen Komponenten möglich.
Während nach dem Stand der Technik Kurbelwellen für Pkw durch Schleifen bzw. Bandschleifen einer Finish-Bearbeitung zugeführt worden sind, wobei das Schleifen verfahrensbedingt unter Einsatz von Kühlschmierstoffen durchgeführt wurde, konnte mit der Entwicklung geeigneter Fräserwerkzeuge das Schleifen der Kurbelwellen durch Fräsverfahren abgelöst werden. Aufgrund der Bauform der Kurbelwelle wird ein orthogonales Drehfräsen mit exzentrischer Werkzeuganstellung ohne Axialvorschub angewendet. Hierbei führt das Werkzeug eine Senkbewegung aus, aufgrund der die Formgestaltung der Lagersitze ausschließlich durch die Werkzeugnebenschneide erzeugt wird. Hierbei muss das Werkzeug so zum Werkstück angestellt werden, dass sichergestellt ist, dass während des Eingriffes der Nebenschneide die gesamte Scheitellinie des Lagersitzes überdeckt wird. Der zu fertigende Lagersitzdurchmesser wird über diese Scheitellinie erzeugt. Verfahrensbedingt sind mittlere Bereiche der Nebenschneide länger im Eingriff als andere Bereiche. Dies führt dazu, dass die Schneide im mittleren Bereich einen höheren Verschleiß als in den äußeren Bereichen zeigt.
Weitere Details über das orthogonale Drehfräsen sind beispielsweise in der DE 10 2004 022 360 A1 beschrieben. Das orthogonale Drehfräsen mit exzentrischer Werkzeuganstellung ohne Axialvorschub hat jedoch einen entscheidenden Nachteil. Aufgrund der Tatsache, dass bei diesem Verfahren die Werkzeugnebenschneide eine Senkoperation ausführt, wirken sich kleinste Schneidenfehler bzw. der Werkzeugverschleiß sofort negativ auf die zu erreichende Form und Oberflächengüte aus. Vor allem der sich unterschiedlich ausbildende Werkzeugverschleiß führt zu einer frühzeitigen Formabweichung.
Wegen fehlender axialer Vorschubbewegung ist eine Korrektur des auftretenden Werkzeugverschleißes über den Werkzeugvorschub ebenso wenig möglich wie über in anderen Verfahren mögliche Änderungen der Bahnbewegungen der Werkzeuge.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen, insbesondere eine Schneidenausbildung zu finden, die gleichzeitig eine formgenaue Werkstückbearbeitung sowie eine möglichst lange Standzeit gewährleisten.
Ferner ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hierzu einen geeigneten Fräsmesserkopf anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird durch einen Schneidenträger nach Anspruch 1 gelöst, dessen Nebenschneidkante erfindungsgemäß eine Verrundung aufweist, deren Radius von einem Nebenschneidkantenende zumindest bis zur Schneidkantenmitte oder bis zu dem anderen Nebenschneidkantenende kontinuierlich ansteigt. Diese Ausführungsform umfasst somit sowohl Schneidenträger mit einer Nebenschneidkante, deren Nebenschneidkantenradius von einem Ende von einem minimalen Wert bis zu dem maximalen Wert am anderen Ende der Nebenschneidkante kontinuierlich ansteigt als auch solche Ausführungsformen, bei denen der Radius von einer Schneidkantenecke bis zur Schneidkantenmitte kontinuierlich ansteigt und dann zum Ende der Nebenschneidkante wiederum kontinuierlich abfällt. Im erstgenannten Fall ergibt sich ein einziger keilförmiger Verrundungsabschnitt, im zweiten Fall ergeben sich zwei Keile, die jeweils von einem Schneidkantenede bis zur Schneidkantenmitte reichen.
Bei nach dem Stand der Technik bekannten gerade geschliffenen Schneidkanten hat sich gezeigt, dass in der Schneidkantenmitte und in dem hierum beidseitig liegenden Bereich ein hoher Anfangsverschleiß, d. h. ein großer Freiflächenverschleiß zu beobachten ist. Dieser bildet sich verfahrensbedingt an der Stelle der Schneide aus, welche die längste Kontaktzeit mit dem Werkstück hat. In daneben liegenden Bereichen, die in kürzeren Kontaktzeiten mit dem Werkstück, insbesondere einer Kurbelwelle, stehen, ist der Verschleiß an der Freifläche geringer. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass bei geraden Schneidkanten sich zunächst über eine relativ lange Zeitdauer ein stetig anwachsender Freiflächenverschleiß einstellt. Nach Ablauf dieses degressiven Verschleißverhaltens bleibt der Freiflächenverschleiß in einem sogenannten linearen Verschleißbereich über eine relativ längere Zeitdauer konstant, bevor in einem progressiven Verschleißbereich eine deutliche Verschleißverstärkung auftritt, die das Werkzeug unbrauchbar macht.
Eine Schneidkantenverrundung der erfindungsgemäßen Art lässt es zu, dass im Bereich des größten Verschleißes eine Verrundung der Schneidkante mit kleinem Radius und im Bereich des geringeren Verschleißes eine Verrundung mit großem Radius geschaffen wird. Durch diese geometrische Ausgestaltung wird dem Schneidenversatz, der sich in Folge des Schneidenverschleißes einstellt, wirksam entgegengewirkt.
Praktisch kann eine Schneidkantenverrundung durch Bürsten hergestellt werden, wobei Bereiche, in denen eine Schneidkantenverrundung mit einem größeren Verrundungsradius geschaffen werden soll, länger und mit höherem Druck gebürstet werden als solche Bereiche, in denen der Verrundungsradius klein sein soll.
Vorzugsweise-Ausführungsformen des genannten Schneidenträgers sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.
So soll sich der minimale Radius an einer Schneidkante von dem maximalen Verrundungsradius maximal um 6 μm, vorzugsweise maximal um 5 μm unterscheiden.
Optimal sind Verrundungsbreiten, d. h. Breiten der verrundeten Kante, senkrecht zum Schneidkantenverlauf betrachtet, die an einem Ende der Schneidkante auf 0 mm zurückgehen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Freifläche eine Fase angeordnet, welche die Verrundung aufweist, d. h. dass die Fase an den äußeren Nebenschneidkantenenden einen kleineren Fasenverrundungsradius hat als in der Mitte der Nebenschneidkante oder als an dem anderen Ende, je nach dem, ob eine einfache keilförmige Kegelfasenausbildung oder eine doppelte Kegelfase erzeugt werden soll. Vorzugsweise läuft die Breite der Fase an einem Nebenschneidkantenende auf 0 mm aus, weiterhin vorzugsweise kontinuierlich. Die maximale Fasen breite beträgt 10 μm, insbesondere maximal 4 μm. Die Fasenbreite soll insbesondere zu beiden Seiten von der Nebenschneidkantenmitte aus gesehen kontinuierlich zu 0 mm abnehmen. Vorzugsweise ist die Schneidkante oder die Fase mittels einer Brust-Poliermaschine verrundet, insbesondere mit einem Stoßwinkel von 89,5° bis 90° zur Rotationsachse des Werkzeugträgers konvex geschliffen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der kleinste Radius des konvex geschliffenen Freiflächen- oder Schneidkantenbereiches 800 mm. Freiwinkel des Schneidenträgers liegen bevorzugt bei 10° ± 2°.
Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Fräsmesserkopf gemäß Anspruch 11 oder 12 vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist bei dem Fräsmesserkopf mit mehreren Schneidenträgern der vorgenannten Art der Radius der Schneidkantenverrundung am Schneidkantenede, welches einen kleineren Flugkreis bei rotierendem Fräsmesserkopf schreibt, kleiner als der Radius der Schneidkantenverrundung, der einen großen Flugkreis beschreibt. Alternativ hierzu wird jeweils ein Schneidenträger verwendet, der eine abgerundete Fase mit einer nach außen zu 0 mm abnehmenden Fasenbreite besitzt, wobei die Fasenbreite jeweils vom Ende der Nebenschneidkante zur Schneidkantenmitte bis zu einem maximalen Wert ansteigt. An den äußeren Nebenschneidkantenecken ist der Radius der Fasenverrundung minimal und wächst zur Schneidkantenmitte hin zu einem größeren Kegelfasenradius an. Eine so kantenpräparierte Schneide hat im Bereich des maximalen Verschleißes eine Kantenstabilisierung, die dem ansonsten üblichen Schneidkantenversatz in Folge des Verschleißes wirkungsvoll entgegen wirkt.
Weitere Ausführungsbeispiele und Vorteile werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erörtert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Fräsmesserkopfes mit 3 Schneidenträgern,
2 eine drahtmodellartige Darstellung des Fräsmesserkopfes nach 1,
3 einen Längsquerschnitt durch einen Fräsmesserkopf ohne Schneidenträger,
4 eine Seitenansicht eines Schneidenträgers,
5 eine Prinzipsskizze der relativen Lage eines Schneidenträgers zu einem Klemmstück und einem Keilkörper zur axialen Einstellung,
6 eine weitere Seitenansicht des Schneidenträgers,
7 eine Ausschnittsvergrößerung des Bereiches „B",
8 eine weitere Seitenansicht des Schneidenträgers,
9 eine Ausschnittsvergrößerung des Bereiches „A",
10 eine Draufsicht auf den Schneidenkopf gemäß 9,
11 eine schematische Verschleißkurve und
12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Fasen- bzw. Schneidkantenverrundung.
Der in 1 bis 3 dargestellte Fräsmesserkopf besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper 10, in dem drei Schneidenträger 11 mit jeweils aufgelöteten Schneiden 12 aufgelötet sind. Die Schneidenträger 11 sind jeweils in parallel zur Längsachse 13 angeordneten Bohrungen 22 (siehe 3) eingesetzt. Im Wesentlichen in radialer Richtung bzw. leicht hierzu geneigt sind weitere Bohrungen im Grundkörper 10 vorgesehen, in denen Keilkörper 14 angeordnet sind, die über eine Justierschraube 15, vorzugsweise eine Doppelgewindeschraube, in radialer Richtung verschiebbar sind.
Wie aus 5 ersichtlich, besitzen die Keilkörper 14 Keilflächen 16, die schräg zur Radialebene des Grundkörpers verlaufen, so dass bei einer Radialbewegung des Keilkörpers 14 der Schneidenträger 11 entlang seiner Längsachse, d. h. in axialer Richtung, verschiebbar ist. Zur Klemmung der Schneidenträger dient das Klemmstück 18, das mittig angeordnet ist und drei Klemmflächen 19 aufweist, die an entsprechenden Klemmflächen der Schneidenträger 11 anliegen. Das Klemmstück 18 kann mittels einer Schraube 21, die vorzugsweise als Doppelgewindeschraube ausgebildet ist, fixiert werden. Das Klemmstück 18 dient im dargestellten Fall zur Fixierung von drei Schneidenträgern 11, die jeweils eine ebene Fläche 20 aufweisen. Durch die Ausbildung des Klemmstückes 18 und die Anordnung der Klemmflächen 19 in einer Triangelform wird ein exaktes Ausrichten der Schneiden 12 und der Schneidenträger 11 unter einem Winkel von 120° zueinander (siehe 1) erreicht. Jeder Schneidenträger 11 kann über einen Rundkeil und die dazugehörige Schraube 15 axial verstellt werden. Zur achsparallelen Ausrichtung der Schneidenträger und damit der Schneiden dienen die Bohrungen 22. Die Fläche 23 dient dazu, dass sichergestellt wird, dass es zu keiner Linienberührung zwischen Schneidenträger 11 und Bohrung 22 kommt. Wie in 4 dargestellt, besitzt der Schneidenträger 11 auch eine geneigte Fläche 24, deren Neigung der Neigung einer Fläche 19 des Klemmstückes entspricht.
Alternativ ist es möglich, anstelle der passgenauen Bohrungen einen außen liegenden Spannring in Verbindung mit einem axial mittig angeordneten Klemmstück zu verwenden, zwischen denen die Schneidenträger 11 fixierbar sind. Der Spannring wird dann auf den Grundkörper 10 aufgeschraubt oder aufgeschrumpft.
7, welche eine Ausschnittsvergrößerung des Bereiches B der aufgelöteten Schneide 12 zeigt, ist zu entnehmen, dass die Freifläche 28 unter einem Freiwinkel von 10° angeordnet ist. Die mit 29 bezeichnete Vorverschleißfase ist eine abgerundete Fase, welche die Aufgabe hat, das für das Verfahren charakteristische Verschleißbild unter Berücksichtigung des erforderlichen Schneidensturzes nachzubilden. Durch diese Maßnahme wird der degressive Verschleißverlauf d, der sich bei nach dem Stand der Technik bekannten Schneideinsätzen ergibt und anhand der Kurve 30 in 11 dargestellt ist, entsprechend der strich-linierten Darstellung erheblich zugunsten des linearen Bereiches I deutlich verkürzt. Der Bereich des progressiven Verschleißes ist mit p bezeichnet.
Im oberen Bereich der Freifläche und wie im einzelnen aus 8 und 10 ersichtlich, ist eine kegelig geformte abgerundete Fase 25 vorgesehen, die durch Bürstenverrundung hergestellt worden ist. Die Spanfläche 27 (siehe 10) ist unter einem Spanwinkel von 0° angeordnet. Die kegelige, abgerundete Fase 25 besitzt am ersten Schneidkantenende 25a einen kleinen Radius und an dem gegenüberliegenden Ende 25b einen großen Radius. Der Schneidenträger gemäß 6 bis 10 wird derart in den Fräsmesserkopf eingesetzt, dass das Ende 25a mit einem kleinen Radius zur Werkzeugachse hin gerichtet ist, während das gegenüberliegende Ende 25b mit großem Radius auf der Seite zum Werkzeugaußendurchmesser angeordnet ist.
12 zeigt demgegenüber eine Ausführungsvariante mit einer doppelt kegeligen Fase, bei der jeweils äußere kleinere Radien 32 für die Fasenverrundung gegenüber einem inneren großen Radius 33 der Fasenverrundung gewählt worden sind. Hierdurch ergeben sich zwei ¼-Kegelstümpfe, die mit Ihren Grundflächen aufeinander gesetzt sind.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme konnte eine deutliche Verminderung der Schneidkantenschartigkeit erzielt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4003862 [0003]
- DE 102004022360 A1 [0005]

Claims

Schneidenträger zur Befestigung an einem Fräsmesserkopf, bestehend aus einem schaftförmigen Stift (11) und einem Kopf mit eingelöteter Schneide (12) mit einer von einer Spanfläche und einer Freifläche gebildeten Nebenschneidkante, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschneidkante eine Verrundung (25) aufweist, deren Radius von einem Nebenschneidkantenende (25a) zumindest bis zur Schneidkantenmitte oder bis zu dem anderen Nebenschneidkantenende (25b) kontinuierlich ansteigt.
Schneidenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Radius an einer Schneidkante maximal um 6 μm, vorzugsweise maximal um 5 μm unterscheidet.
Schneidenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der verrundeten Kante – senkrecht zum Schneidkantenverlauf betrachtet – an einem Ende (25a) auf 0 mm minimiert.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Freifläche (28) eine Fase angeordnet ist, welche die Verrundung aufweist, dass die Fase an den äußeren Nebenschneidkantenenden (25a) einen kleineren Fasenverrundungsradius haben als in der Mitte der Nebenschneidkanten oder als an dem anderen Ende.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Fase an einem Nebenschneidkantenende auf 0 mm ausläuft.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Fasenbreite ≤ 10 μm, vorzugsweise ≤ 4 μm beträgt.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasenbreite zu beiden Seiten kontinuierlich zu 0 mm abnimmt.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante oder die Fase (25) mittels einer Brüst-Poliermaschine verrundet ist, vorzugsweise mit einem Sturzwinkel von 89,5° bis 90° zur Rotationsachse des Werkzeugträgers konvex geschliffen ist.
Schneidenträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Radius des konvex geschliffenen Freiflächenbereiches mindestens R = 800 mm beträgt.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel 10° ± 2° beträgt.
Fräsmesserkopf zum orthogonalen Drehfräsen mit exzentrischer Werkzeuganstellung, insbesondere zum Feinfräsen von Lagern einer Kurbel- oder Nockenwelle mit mindestens zwei, vorzugsweise drei exzentrisch angeordneten Schneidenträgern nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Radius der Schneidkantenverrundung am Schneidkantenende, welches einen kleineren Flugkreis bei rotierendem Fräsmesserkopf beschreibt, kleiner ist als der Radius der Schneidkantenverrundung, welches einen größeren Flugkreis beschreibt.
Fräsmesserkopf zum orthogonalen Drehfräsen mit exzentrischer Werkzeuganstellung, insbesondere zum Feinfräsen von Lagern einer Kurbel- oder Nockenwelle mit mindestens zwei, vorzugsweise drei exzentrisch angeordneten Schneidenträgern mit einem schaftförmigen Stift und einem Kopf mit eingelöteten Schneiden (12) mit einer von einer Spanfläche (27) und einer eine Fase (25) aufweisenden Freifläche (28) gebildet wird, wobei die an die Nebenschneidkante angrenzende und auf der Freifläche (28) angeordnete Fase (25) eine nach außen zu 0 mm abnehmende Fasenbreite besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasenbreite jeweils zur Nebenschneidkantenmitte bis zu einem maximalen Wert ansteigt und dass an den Nebenschneidkantenenden der Radius einer Fasenverrundung minimal und in der Nebenschneidkantenmitte maximal ist.