DE102012009097B4

DE102012009097B4 - Fräswerkzeug zur Bearbeitung von gehärteten Kurbel- oder Nockenwellen

Info

Publication number: DE102012009097B4
Application number: DE102012009097.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Heinloth; Jürgen Bär
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2032-05-04
Also published as: US20130294849A1; DE102012009097A1; US9370831B2

Abstract

Fräswerkzeug (10) zur endmaßgenauen Bearbeitung von Kurbel- oder Nockenwellen, das mit drei unterschiedlichen Typen von Schneideinsätzen (12, 14, 16) bestückt ist, die entlang dem Außenumfang des Fräswerkzeugs (10) angeordnet sind,wobei der erste Typ von Schneideinsatz (12) mit TiAIN oder TiCrN beschichtet ist und einen allgemein quaderförmigen Grundkörper hat, der zwei Spanflächen (20), eine Schneidkante (22) entlang einem Übergang von jeder Spanfläche (20) zu zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen sowie eine Befestigungsöffnung (24) aufweist, die sich durch die zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen derart erstreckt, dass der erste Typ von Schneideinsatz (12) bezogen auf eine Drehrichtung des Fräswerkzeugs (10) in axialer Richtung an diesem festgespannt ist,wobei der zweite Typ von Schneideinsatz (14) mit TiAIN oder TiCrN beschichtet ist und einen allgemein quaderförmigen Grundkörper hat, der zwei Spanflächen (32), eine Schneidkante (34) entlang einem Übergang von jeder Spanfläche (32) zu zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen sowie eine Befestigungsöffnung (26) aufweist, die sich durch die zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen derart erstreckt, dass der zweite Typ von Schneideinsatz (14) bezogen auf die Drehrichtung des Fräswerkzeugs (10) in axialer Richtung an diesem festgespannt ist, wobei eine der beiden entgegengesetzten Seitenflächen zwei zueinander geneigte Teilflächen (30A, 30B) aufweist, die durch eine Übergangskante (28) auf der Höhe der Mitte der Befestigungsöffnung (26) voneinander getrennt sind,wobei der dritte Typ von Schneideinsatz (16) mit CBN oder PKD beschichtet ist, wobei der dritte Typ von Schneideinsatz (16) bezogen auf eine Drehrichtung des Fräswerkzeugs (10) in axialer Richtung an diesem festgespannt ist, undwobei die Schneideinsätze (12, 14, 16) mittels Befestigungsschrauben (40) befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zur endmaßgenauen Bearbeitung von Kurbel- oder Nockenwellen.
Aus der DE 10 2009 030 856 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur endmaßgenauen Bearbeitung von Kurbel- oder Nockenwellen bekannt, bei denen ein Fräswerkzeug verwendet wird, welches Schneideinsätze aufweist, die mit CBN- oder PKD-Schneidplatten bestückt sind. Mit diesen Schneidplatten ist es möglich, gehärtete Kurbel- oder Nockenwellen mit hoher Präzision auf die gewünschten Abmessungen zu fräsen, wobei eine Endmaßtoleranz R_z < 10 µm und eine Rundlauftoleranz von < 30 µm und vorzugsweise < 6 µm eingehalten werden kann. Dabei ist es möglich, die spanende Bearbeitung trocken durchzuführen, was dahin gehend vorteilhaft ist, dass kein mit Spänen und Schleifschlamm belastetes Kühlschmiermittel wieder aufgearbeitet oder entsorgt werden muss.
Die im Stand der Technik verwendeten CBN- oder PKD-Schneidplatten sind zwar vorteilhaft hinsichtlich ihrer Schneidleistung. Nachteilig ist allerdings, dass sie auf die Schneideinsätze aufgelötet werden müssen, was Einschränkungen hinsichtlich der Möglichkeiten mit sich bringt, die Spanbildung in der gewünschten Weise zu beeinflussen.
Ferner sind aus der DE 196 26 608 A1 , der WO 2010 / 108 893 A1 , der DE 11 2006 001 156 T5 , der JP 2011 - 020 194 A , der JP 2009 - 034 781 A , der JP 2005 - 007 555 A sowie der JP 2008 - 080 489 A Fräswerkzeuge bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte Werkzeug so weiterzubilden, dass bei gleichbleibend hoher oder sogar besserer Schneidleistung die Spanbildung in der gewünschten Weise beeinflusst werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fräswerkzeug gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit Schneideinsätzen aus beschichtetem Hartmetall sich mindestens genauso gute Schneidleistungen beim Zerspanen von gehärteten Kurbel- oder Nockenwellen erzielen lassen wie bisher mit CBN- oder PKD-Schneidplatten, jedoch bei der Herstellung der Schneideinsätze mehr Gestaltungsfreiheiten existieren, um die Spanbildung in der gewünschten Weise zu beeinflussen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die spanende Bearbeitung mittels eines Außen- oder eines Innenfräsers durchgeführt wird, der einstellbare Schneideinsätze aufweist. Dies ermöglicht, die Schneideinsätze einzeln präzise in ihre Solllage zu bringen, sodass eine besonders hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schneideinsätze des ersten und zweiten Typs aus einem Substrat der Korngröße K10 bis K05 bestehen. Anders ausgedrückt besteht das Substrat aus sehr feinen Partikeln, was die für die Bearbeitung von gehärteten Oberflächen nötigen Schneideigenschaften unterstützt.
Die Schneideinsätze des ersten und zweiten Typs sind insbesondere mit TiAIN oder TiCrN beschichtet. Auch dies gewährleistet die gewünschten Schneideigenschaften.
Es ist vorgesehen, dass mindestens einige der Schneideinsätze mehrere Schneidkanten aufweisen. Dies verringert die auftretenden Toleranzen, da unterschiedliche Schneidkanten an ein und demselben Schneideinsatz angebracht sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mindestens einige der Schneideinsätze des ersten und zweiten Typs eine Schneidkante aufweisen, die verrundet ist. Die Kantenverrundung hat sich als vorteilhaft bei der Bearbeitung des gehärteten Materials herausgestellt.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Radius der Schneidkantenverrundung zwischen 5 und 15 µm beträgt, also sehr klein ausgeführt ist.
Ferner ist vorgesehen, dass alle Schneideinsätze, bezogen auf die Drehrichtung des Fräswerkzeugs, in axialer Richtung an diesem festgespannt sind. Dies vereinfacht die Bestückung des Fräswerkzeugs mit den Schneideinsätzen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

- 1 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Fräswerkzeug;
- 2 in einer schematischen Darstellung einen ersten Schneideinsatz, der beim Fräswerkzeug von 1 verwendet wird; und
- 3 in einer schematischen Darstellung einen zweiten Schneideinsatz, der beim Fräswerkzeug von 1 verwendet wird.

In 1 ist ein Fräswerkzeug 10 gezeigt, bei dem es sich hier um ein Segment eines Außenfräsers handelt, der in geeigneter Weise an einem Träger fixiert werden kann. Das Fräswerkzeug 10 ist hier mit drei unterschiedlichen Typen von Schneideinsätzen bestückt, nämlich einem ersten Typ 12, einem zweiten Typ 14 und einem dritten Typ 16.
Beim ersten Typ von Schneideinsätzen 12 handelt es sich um allgemein quaderförmige Schneideinsätze (siehe auch 2), die zwei Spanflächen 20 und entlang dem Übergang von jeder Spanfläche 20 zu den Seitenflächen mit einer Schneidkante 22 versehen ist. Durch zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen erstreckt sich eine Befestigungsöffnung 24.
Die Schneideinsätze 14 des zweiten Typs weisen ebenfalls einen allgemein quaderförmigen Grundkörper auf (siehe 3), wobei jedoch die mit einer Befestigungsöffnung 26 versehenen Seitenflächen sich jeweils nicht in einer Ebene erstrecken, sondern geringfügig geneigt sind. Auf diese Weise ergibt sich auf der Höhe der Mitte der Befestigungsöffnung 26 eine Übergangskante 28 zwischen zwei Teilflächen 30A, 30B, die zusammen eine der Seitenflächen des Schneideinsatzes 14 bilden. Auch der Schneideinsatz 14 des zweiten Typs weist zwei Spanflächen 32 auf, die am Übergang zu den Seitenflächen des Schneideinsatzes 14 jeweils eine umlaufende Schneidkante 34 definieren.
Die Schneideinsätze 12, 14 des ersten und des zweiten Typs bestehen aus Hartmetall, dessen Substrat eine Korngröße von K10 bis K05 hat.
Die Schneideinsätze 12, 14 sind beschichtet, und zwar vorzugsweise mit TiAIN oder TiCrN.
Die Schneidkanten 22, 34 sind verrundet, und zwar mit einem sehr kleinen Radius in der Größenordnung von 5 bis 15 µm.
Bei den Schneideinsätzen 16 des dritten Typs handelt es sich um Schneideinsätze, die mit kleinen Schneidplatten aus CBN oder PKD bestückt sind.
Die Schneideinsätze 12, 14, 16 sind entlang dem Außenumfang des Fräswerkzeugs 10 angeordnet, wobei sie so ausgerichtet sind, dass sie mittels Befestigungsschrauben 40 festgespannt werden, die in axialer Richtung ausgerichtet sind, also deren Mittelachse sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Fräsers erstreckt, an der das Fräswerkzeug 10 montiert wird. Die Schneideinsätze 12, 14, 16 können, soweit dies gewünscht wird, in einer Kassette angebracht sein, die einstellbar am Fräswerkzeug 10 befestigt wird.
Der besondere Vorteil der Verwendung der Schneideinsätze 12, 14 des ersten und des zweiten Typs besteht darin, dass die Schneidkanten 22, 34 so gestaltet sind, dass eine Zerspanung von gehärteten Materialien möglich ist. Die Kriterien sind hinsichtlich der Standmenge und Genauigkeit zu setzen.
Der mit der Kantenverrundung erzielbare Vorteil liegt insbesondere darin, dass ein Optimum zwischen Scheidkantenstabilisierung und Verhinderung von zu starkem Wärmeeintrag in die Zerspanung erzielt wird.
Um die Spanbildung in der gewünschten Weise zu beeinflussen, ist insbesondere vorgesehen, dass der Spanwinkel mit der Schneidkantenverrundung, der Fasengeometrie und dem dementsprechenden Eckenradius optimal abgestimmt ist.

Claims

Fräswerkzeug (10) zur endmaßgenauen Bearbeitung von Kurbel- oder Nockenwellen, das mit drei unterschiedlichen Typen von Schneideinsätzen (12, 14, 16) bestückt ist, die entlang dem Außenumfang des Fräswerkzeugs (10) angeordnet sind, wobei der erste Typ von Schneideinsatz (12) mit TiAIN oder TiCrN beschichtet ist und einen allgemein quaderförmigen Grundkörper hat, der zwei Spanflächen (20), eine Schneidkante (22) entlang einem Übergang von jeder Spanfläche (20) zu zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen sowie eine Befestigungsöffnung (24) aufweist, die sich durch die zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen derart erstreckt, dass der erste Typ von Schneideinsatz (12) bezogen auf eine Drehrichtung des Fräswerkzeugs (10) in axialer Richtung an diesem festgespannt ist, wobei der zweite Typ von Schneideinsatz (14) mit TiAIN oder TiCrN beschichtet ist und einen allgemein quaderförmigen Grundkörper hat, der zwei Spanflächen (32), eine Schneidkante (34) entlang einem Übergang von jeder Spanfläche (32) zu zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen sowie eine Befestigungsöffnung (26) aufweist, die sich durch die zwei einander entgegengesetzten Seitenflächen derart erstreckt, dass der zweite Typ von Schneideinsatz (14) bezogen auf die Drehrichtung des Fräswerkzeugs (10) in axialer Richtung an diesem festgespannt ist, wobei eine der beiden entgegengesetzten Seitenflächen zwei zueinander geneigte Teilflächen (30A, 30B) aufweist, die durch eine Übergangskante (28) auf der Höhe der Mitte der Befestigungsöffnung (26) voneinander getrennt sind, wobei der dritte Typ von Schneideinsatz (16) mit CBN oder PKD beschichtet ist, wobei der dritte Typ von Schneideinsatz (16) bezogen auf eine Drehrichtung des Fräswerkzeugs (10) in axialer Richtung an diesem festgespannt ist, und wobei die Schneideinsätze (12, 14, 16) mittels Befestigungsschrauben (40) befestigt sind.
Fräswerkzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze (12, 14) des ersten und des zweiten Typs aus einem Substrat der Korngröße K10 bis K05 bestehen.
Fräswerkzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige Schneidkanten (22, 34) der Schneideinsätze (12, 14) des ersten und des zweiten Typs verrundet sind.
Fräswerkzeug (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Schneidkantenverrundung zwischen 5 und 15 µm beträgt.
Fräswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse der Befestigungsschrauben (40) sich parallel zur Mittelachse eines Fräsers erstreckt.
Fräswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige Schneideinsätze (12, 14, 16) in einer Kassette angebracht sind, die einstellbar am Fräswerkzeug (10) befestigt ist.