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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fräsen eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Verfahren zum Fräsen von Werkstücken sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise werden im Rahmen der Herstellung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, Werkstücke gefräst, um aus den Werkstücken jeweilige Bauteile für die Kraftwagen herzustellen.
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Im Rahmen eines solchen Verfahrens zum Fräsen eines Werkstücks wird das Werkstück mittels eines Fräsers zumindest in einem konkaven Teilbereich gefräst. Mit anderen Worten weist das Werkstück wenigstens einen konkaven Teilbereich beziehungsweise einen Teilbereich mit einer konkaven Kontur auf, so dass das Werkstück in dem konkaven Teilbereich mittels des Fräsers gefräst wird. Hierzu wird der Fräser entlang einer Fräsbahn relativ zu dem Werkstück bewegt. Zum Fräsen zumindest des konkaven Teilbereichs wird der Fräser um seine Längsachse relativ zu dem Bauteil gedreht sowie entlang der Fräsbahn relativ zu dem Bauteil translatorisch bewegt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass sich eine besonders gute Maßhaltigkeit beim Fräsen realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiter zu entwickeln, da sich eine besonders gute Maßhaltigkeit beim Fräsen realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Fräsbahn zumindest in einem Bereich, in welchem der Fräser bei dem Fräsen beziehungsweise während des Fräsens des konkaven Teilbereichs bewegt wird, einen trochoid-ähnlichen Verlauf aufweist. Mit anderen Worten wird der Fräser entlang des trochoid-ähnlichen Verlaufs bewegt, während der konkave Teilbereich beziehungsweise die konkave Kontur des Bauteils mittels des Fräsers gefräst wird.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass beim konventionellen Fräsen, insbesondere Hartfräsen, von konkaven und beispielsweise zumindest im Wesentlichen zylindrischen Oberflächen beispielsweise aus legiertem Stahl eine nur geringe Maßhaltigkeit realisiert werden kann. Derartige konkave und zumindest im Wesentlichen zylindrische Oberflächen aus legiertem Stahl sind beispielsweise durch Schneidkanten von Beschneidwerkzeugen zum Beschneiden von Blechteilen gebildet, wobei üblicherweise beim Fräsen von solchen Oberflächen eine nur geringe Maßhaltigkeit realisiert werden kann.
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Da nun jedoch der Fräser beim Fräsen solcher Oberflächen nicht kontur-parallel, das heißt zumindest im Wesentlichen parallel zur konkaven Kontur, sondern entlang des trochoid-ähnlichen Verlaufs der Fräsbahn bewegt wird, kann eine hinreichende Maßhaltigkeit beim Fräsen, insbesondere Hartfräsen, realisiert werden. Hierdurch können beispielsweise Werkzeugsegmente wie die zuvor genannten Schneidkanten ohne Nacharbeit wie zum Beispiel Abgießen und Nachschleifen fertig gefräst werden, so dass das Fräsen und somit eine Bearbeitung des Werkstücks insgesamt zeit- und kostengünstig durchgeführt werden können.
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Ferner liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem kontur-parallelen beziehungsweise konventionellen Fräsen sich der Eingriffswinkel des Fräsers an konkaven Werkstückoberflächen, das heißt im konkaven Teilbereich, im Gegensatz zu zumindest im Wesentlichen ebenen Teilbereichen erhöht. Unter dem kontur-parallelen Fräsen ist zu verstehen, dass der Fräser beispielsweise beim Fräsen des konkaven Teilbereichs entlang einer Fräsbahn beziehungsweise entlang eines Abschnitts der Fräsbahn bewegt wird, wobei die Fräsbahn beziehungsweise der Abschnitt der Fräsbahn einen Verlauf aufweist, welcher zumindest im Wesentlichen parallel zum konkaven Teilbereich verläuft und somit der Kontur des konkaven Teilbereichs entspricht. Durch die Erhöhung des Eingriffswinkels in konkaven Teilbereichen im Gegensatz zu zumindest im Wesentlichen ebenen oder geraden Teilbereichen entsteht eine Zunahme der radial wirkenden Zerspankräfte, die besonders beim Hartfräsen den Fräser vom Werkstück abdrängen können. Deshalb kann beim konventionellen Fräsen, insbesondere Hartfräsen, von konkaven Teilbereichen eine nur geringe Maßhaltigkeit realisiert werden.
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Diese Problematik kann nun vermieden werden, da der Fräser während des Fräsens im konkaven Teilbereich entlang des zumindest im Wesentlichen trochoid-ähnlichen Verlaufs der Fräsbahn bewegt wird. Dadurch kann eine besonders gute Maßhaltigkeit gewährleistet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Werkstücks, welches mittels eines Fräsers zumindest in einem konkaven Teilbereich gefräst wird, indem der Fräser entlang einer Fräsbahn relativ zu dem Werkstück bewegt wird, wobei die Fräsbahn zumindest in einem Bereich, in welchem der Fräser beim Fräsen des konkaven Teilbereichs bewegt wird, einen trochoid-ähnlichen Verlauf aufweist; und
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht des Werkstücks bei einem zweiten Fräsvorgang.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise ein Werkstück 10 in bereits hartem Zustand. Anhand von 1 und 2 wird im Folgenden ein Verfahren zum Fräsen des Werkstücks beschrieben, wobei anhand von 1 ein erster Fräsvorgang und anhand von 2 ein zweiter Fräsvorgang beschrieben ist, welcher sich an den ersten Fräsvorgang anschließt.
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Im Rahmen des ersten Fräsvorgangs wird das Werkstück 10 geschlichtet, insbesondere vorgeschlichtet. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem ersten Fräsvorgang um einen Vorschlichtvorgang. Ferner wird das jeweilige Fräsen beziehungsweise der jeweilige Fräsvorgang beispielsweise als Hartfräsen, insbesondere Präzisionshartfräsen, durchgeführt. In 1 und 2 ist ein jeweiliges Aufmaß 12 des Werkstücks veranschaulicht, wobei das jeweilige Aufmaß 12 im Rahmen des jeweiligen Fräsvorgangs vom Werkstück 10 abgetragen wird.
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Im Rahmen des ersten Fräsvorgangs wird das Werkstück 10 mittels eines Fräsers in Form eines Schaftfräsers 14 sowohl in einem zumindest im Wesentlichen ebenen ersten Teilbereich 16, als auch in einem sich an den ersten Teilbereich 16 anschließenden, konkaven Teilbereich 18 gefräst. Ferner wird das Werkstück 10 in einem an den konkaven Teilbereich 18 anschließenden, zumindest im Wesentlichen ebenen beziehungsweise geraden, dritten Teilbereich 20 mittels des Schaftfräsers 14 gefräst. In dem zweiten, konkaven Teilbereich 18 weist das Werkstück einen Radius R auf. Zum Fräsen des Werkstücks 10 wird der Schaftfräser 14 um seine eigene Achse 22 relativ zu dem Werkstück 10 gedreht sowie entlang einer Fräsbahn 24 relativ zu dem Werkstück 10 translatorisch bewegt. Ferner ist in 1 ein Eingriffswinkel α des Schaftfräsers 14 veranschaulicht.
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Aus 1 ist erkennbar, dass die Fräsbahn 24 in einem ersten Bereich 26, in welchem der Schaftfräser 14 beim Fräsen des ersten Teilbereichs 16 bewegt wird, einen kontur-parallelen Verlauf aufweist. Unter einem solchen kontur-parallelen Verlauf ist zu verstehen, dass der Bereich 26 zumindest im Wesentlichen parallel zum Teilbereich 16 beziehungsweise dessen Konturverlauf verläuft, so dass der Bereich 26 einen Verlauf aufweist, welcher der Kontur des Teilbereichs 16 entspricht.
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Würde nun die Fräsbahn 24 auch in dem sich an den Bereich 26 anschließenden Bereich 28, in welchem der Schaftfräser 14 beim Fräsen des konkaven Teilbereichs 18 bewegt wird, einen kontur-parallelen Verlauf aufweisen, so würde sich der Eingriffswinkel α des auch als Fräswerkzeug bezeichneten Schaftfräsers 14 im Vergleich zum Teilbereich 16 erhöhen, wenn mittels des Schaftfräsers 14 der konkave Teilbereich 18 gefräst wird. Dies würde zu einer nur unzureichenden Maßhaltigkeit des Fräsvorgangs führen.
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Um nun jedoch eine besonders gute Maßhaltigkeit zu realisieren, weist die Fräsbahn 24 in dem Bereich 28, in welchem der Schaftfräser 14 beim Fräsen des konkaven Teilbereichs 18 bewegt wird, einen trochoid-ähnlichen Verlauf, das heißt einen von einem kontur-parallelen Verlauf unterschiedlichen Verlauf auf. Dadurch kann der Eingriffswinkel α beim Fräsen des konkaven Teilbereichs 18 durch kreisförmige oder zumindest im Wesentlichen kreisförmige Bewegungen des Schaftfräsers 14 begrenzt werden, wobei der Schaftfräser 14 diese Kreisbewegungen ausführt, indem der Schaftfräser 14 entlang des Bereichs 28 bewegt wird. Der Eingangswinkel α wird durch die Kreisbewegungen des Schaftfräsers 14 begrenzt sowie unabhängig von der Konturkrümmung eingehalten. Ferner können dadurch radial wirkende Zerspankräfte gering gehalten werden, insbesondere über die gesamte Kontur des Werkstücks 10. Durch geeignete Kreisbewegungen beziehungsweise einen gezielt gesteuerten Eingriffswinkels α kann die erforderliche Maßhaltigkeit Innenradien des Werkstücks 10 und somit insbesondere in dem konkaven Teilbereich 18 erreicht werden.
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Zum Fräsen des sich an dem konkaven Teilbereich 18 anschließenden, zumindest im Wesentlichen ebenen Teilbereich 20 kann die Fräsbahn 24 einen sich an den Bereich 28 anschließenden Bereich 30 aufweisen, welcher wieder einen zumindest im Wesentlichen kontur-parallelen Verlauf aufweist, wobei der Schaftfräser 14 beim Fräsen des zumindest im Wesentlichen ebenen Teilbereichs 20 in dem Bereich 30 bewegt wird. Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der Schaftfräser 14 einen zweiten Radius aufweist, welcher kleiner als der Radius R des Werkstücks 10 im konkaven Teilbereich 18 ist.
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Dadurch, dass zumindest der Bereich 28 der Fräsbahn 24 trochoid-ähnlich beziehungsweise trochoidal-ähnlich ausgebildet ist, wird im Rahmen des ersten Fräsvorgangs eine trochoidal-ähnliche Frässtrategie angewendet. Mit anderen Worten kommt beim Hartfräsen des konkaven Teilbereichs 18 während des Vorschlichtvorgangs eine trochoidal-ähnliche Frässtrategie zum Einsatz, so dass das Werkstück 10 sowohl in den Teilbereichen 16 und 20 als auch in dem Teilbereich 18 bis zu einem geeigneten Aufmaß für den sich an den ersten Fräsvorgang anschließenden, zweiten Fräsvorgang gefräst werden kann.
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Bei dem anhand von 2 veranschaulichten zweiten Fräsvorgang handelt es sich um ein kontur-paralleles Schlichten, welches sich an das zuvor beschriebene Vorschlichten (erster Fräsvorgang) anschließt. Das für das Schlichten geeignete Aufmaß 12 wird mittels des Schaftfräsers 14 und dessen Radius erreicht, welcher kleiner als der ein Endmaß des Werkstücks 10 darstellende Radius R ist.
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Unter dem kontur-parallelen Schlichten ist beispielsweise zu verstehen, dass die Fräsbahn 24 im Rahmen des zweiten Fräsvorgangs sowohl in den Bereichen 26 und 30 als auch in dem Bereich 28 einen zumindest im Wesentlichen kontur-parallelen Verlauf aufweist. Dies bedeutet, dass nicht nur der Verlauf der Fräsbahn 24 in den Bereichen 26 und 30, sondern auch der Verlauf der Fräsbahn im Bereich 28 der Kontur des Werkstücks 10 beziehungsweise den jeweiligen Konturen der Teilbereiche 16, 18 und 20 entspricht. Die Fräsbahn 24 des zweiten Fräsvorgangs ist somit eine kontur-parallele Fräsbahn.
