DE102015102044A1

DE102015102044A1 - Fräswerkzeug und Schneideinsatz für ein solches Fräswerkzeug

Info

Publication number: DE102015102044A1
Application number: DE102015102044.0A
Authority: DE
Inventors: Jan Gruenler; Markus Heinloth; Hans Woerner
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-08-18
Also published as: CN105880705A; US10279399B2; US20160236286A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug mit einem scheiben- oder leistenförmigen Grundkörper (10), der um eine Drehachse (R) angetrieben werden kann, und mehreren Schneideinsätzen (12), die entlang dem Außenumfang des Grundkörpers (10) auf einander entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, wobei die Schneideinsätze (12), betrachtet in axialer Richtung, einander überlappen. Die Erfindung betrifft auch einen tangentialen Schneideinsatz (12), insbesondere für ein Fräswerkzeug der vorstehend genannten Art, mit zwei Seitenflächen, durch die sich eine Befestigungsöffnung erstreckt, und zwei Stirnseiten, wobei am Übergang der Stirnseiten zu den Seitenflächen Schneidkanten gebildet sind, wobei die Befestigungsöffnung exzentrisch angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug mit einem scheiben- oder leistenförmigen Grundkörper, der um eine Drehachse angetrieben werden kann, und mehreren Schneideinsätzen, die entlang dem Außenumfang des Grundkörpers auf einander entgegengesetzten Seiten angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen tangentialen Schneideinsatz, insbesondere für ein solches Fräswerkzeug, mit zwei Seitenflächen, durch die sich eine Befestigungsöffnung erstreckt, und zwei Stirnseiten, wobei am Übergang der Stirnseiten zu den Seitenflächen Schneidkanten gebildet sind.
Bei dem Fräswerkzeug kann es sich insbesondere um ein Drehräumwerkzeug oder um ein Dreh-Drehräumwerkzeug handeln, wie sie beispielsweise als Kurbelwellenfräser oder Nockenwellenfräser verwendet werden, also um ein Fräswerkzeug, mit dem Flächen an Kurbelwellen oder Nockenwellen für Verbrennungsmotoren bearbeitet werden können.
Ein Fräswerkzeug der eingangs genannten Art ist aus der DE 102 38 451 A1 bekannt. Es wird nachfolgend kurz anhand der 1 und 2 erläutert.
Das Fräswerkzeug weist einen Grundkörper 5 auf, der um eine Rotationsachse R drehbar in einer Werkzeugmaschine aufgenommen ist. Am Träger 5 sind mehrere Halter 7 befestigt, die zusammen eine scheibenförmige Konstruktion bilden. Entlang dem Außenumfang der Halter 7 sind mehrere Grundkörper 10 angebracht, die zusammen den Außenumfang des Fräswerkzeugs bilden.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist jeder Grundkörper leistenförmig, erstreckt sich also über einen gewissen Teil des Umfangs des Fräswerkzeugs und hat eine in radialer Richtung gemessene Dicke, die einen Bruchteil des Durchmessers des Fräswerkzeuges darstellt. Alternativ ist auch möglich, dass der Träger und die Halter weggelassen werden, sodass ein größerer, scheibenförmiger Grundkörper verwendet wird.
Am Grundkörper 10 (siehe 2) sind hier mehrere Schneideinsätze 12 angebracht. Es handelt sich hier um tangentiale Schneideinsätze, die mittels einer Befestigungsschraube 14 montiert sind.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder Schneideinsatz 12 in einem Träger oder einer Kassette 16 angebracht, die wiederum mittels Schrauben 18 am Grundkörper 10 angebracht ist. Es wäre grundsätzlich auch möglich, jeden Schneideinsatz 12 unmittelbar am Grundkörper 10 zu befestigen.
Wie in 2 zu sehen ist, sind die Schneideinsätze 12 entlang dem Außenumfang des Grundkörpers 10 angeordnet, und zwar abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten. Dies liegt daran, dass es nur auf diese Weise möglich ist, die Kassetten 16 am Grundkörper zu befestigen.
In 3 ist schematisch gezeigt, wie die axialen Komponenten der beim Fräsen auf die Schneideinsätze 12 wirkenden Schneidkräfte am Grundkörper 10 angeordnet sind. Aufgrund der wechselseitigen Anordnung der Schneideinsätze 12 wirken die Axialkräfte F_a abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen. Die Anordnung der Axialkräfte F_a führt potenziell zu Biegebelastungen auf den Grundkörper 10.
Die entgegengesetzten Kräfte wirken beim Fräsen natürlich auf das Werkstück. Somit wirken auf das Werkstück bei jedem Durchgang eines Schneideinsatzes 12 andere Axialkräfte.
Sowohl die Biegebelastungen des Grundkörpers 10 als auch die wechselnden Axialkräfte, die auf das Werkstück wirken, führen potenziell zu Toleranzen beim Fräsen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fräswerkzeug und einen Schneideinsatz zu schaffen, mit dem engere Toleranzen beim Fräsen eingehalten werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Fräswerkzeug der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Schneideinsätze, betrachtet in axialer Richtung, einander überlappen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist weiterhin bei einem Schneideinsatz der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Befestigungsöffnung exzentrisch angeordnet ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Schneideinsätze so anzuordnen, dass sie möglichst gleichzeitig und damit paarweise wirksam sind. Hierdurch gleichen die axial ausgerichteten Komponenten der Schneidkräfte einander aus, so dass (unter der Annahme von einander exakt gegenüberliegenden Schneideinsätzen) keinerlei Biegekräfte auf den Grundkörper wirken oder (unter den Annahme eines geringfügigen Versatzes in Umfangsrichtung) der wirksame Hebelarm zwischen den in axialer Richtung wirkenden Komponenten der Schneidkräfte deutlich geringer ist als im Stand der Technik. Möglich wird die paarweise Positionierung der Schneideinsätze dadurch, dass ihre Befestigungsöffnungen exzentrisch angeordnet sind, so dass bei einem Paar einander gegenliegend angeordneter Schneideinsätze die von einer Seite eingeschraubte Befestigungsschraube (bezogen auf die Drehrichtung) "vorne" liegt, während die von der anderen Seite eingeschraubte Befestigungsschraube "hinten" liegt. Somit steht zwischen den beiden Befestigungsschrauben genügend Material im Grundkörper zur Verfügung, um die Befestigungsschrauben aufzunehmen. Die exzentrische Anordnung der Befestigungsöffnung am Schneideinsatz steht im diametralen Gegensatz zum bisherigen Ansatz, wonach die Befestigungsöffnung im Hinblick auf die Indexierbarkeit des Schneideinsatzes mittig angeordnet war.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überlappung mindestens 50% der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes beträgt. Während bereits eine Überlappung grundsätzlich zur Verringerung der Toleranzen führt, die bei der Bearbeitung mit dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug auftreten, erhöht der Grad der Überlappung die Genauigkeit der Bearbeitung und verringert die Wechselbelastung des Werkstücks und die Biegebelastung des Grundkörpers.
Besonders bevorzugt wird, dass die Überlappung mindestens 80% der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes beträgt. Hierdurch verringern sich die auftretenden Toleranzen weiter.
Noch weiter bevorzugt wird, wenn die Überlappung mindestens 90% der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes beträgt. Die sich dabei ergebenden Biegebelastungen des Grundkörpers aufgrund der gegeneinander versetzten axialen Komponenten der Schneidkräfte ist vernachlässigbar, da der wirksame Hebelarm im Verhältnis zur Steifigkeit des Grundkörpers vernachlässigbar ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Schneideinsätze an den Seitenflächen des Grundkörpers unterschiedliche Typen. Dies ermöglicht, das Schneidverhalten des Fräswerkzeugs optimal auf die jeweiligen Anforderungen einzustellen. Beispielsweise kann es sich bei den Schneideinsätzen an den Seitenflächen des Grundkörpers um Schrupp-Schneideinsätze und um Schlichtschneideinsätze handeln.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind auf der Umfangsfläche des Grundkörpers Schneideinsätze eines dritten Typs angeordnet. Mit diesen können im selben Arbeitsgang weitere Flächen bearbeitet werden, beispielsweise die zylindrische Fläche eines Kurbelzapfens.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schneideansätze tangentiale Schneideinsätze sind. Solche Schneideinsätze sind allgemein bekannt und eignen sich gut für die Verwendung in einem Kurbelwellenfräser.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Befestigungsöffnung eine Mittelebene des Schneideinsatzes, die sich parallel zu den Stirnseiten erstreckt, nicht oder nur unwesentlich schneidet. Hierdurch ist gewährleistet, dass der in Umfangsrichtung gemessene Abstand zwischen den beiden Befestigungsschrauben eines Paares von seitlich angeordneten Schneideinsätzen ausreichend groß ist.
Gemäß einer Variante der Erfindung sind die Seitenflächen in einer Richtung parallel zur Erstreckungsrichtung der Seitenflächen gegeneinander verschoben. Solche asymmetrischen Schneideinsätze sind gut als Wendeschneideinsätze zur Kurbelwellenbearbeitung geeignet.
Die Stirnseiten der Schneideinsätze, die an den Seitenflächen des Grundkörpers angeordnet sind, können so ausgeführt sein, wie dies im Hinblick auf die zu fräsenden Flächen optimal ist. Beispielsweise können die Stirnseiten eine parallelogrammartige Form haben oder auch eine rechteckige Form mit einem angesetzten Wulst haben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
1 schematisch ein Fräswerkzeug aus dem Stand der Technik;
2 einen beim Fräswerkzeug von 1 verwendeten Grundkörper mit daran angebrachten Schneideinsätzen;
3 schematisch die beim Fräsen auf den Grundkörper 10 wirkenden Axialkräfte;
4 schematisch einen erfindungsgemäßen Grundkörper;
5 in einer Draufsicht einen Grundkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
6 den Grundkörper von 5 in einer perspektivischen Ansicht;
7 den Grundkörper von 5 in einer Seitenansicht;
8 einen bei der ersten Ausführungsform verwendeten Schneideinsatz in einer perspektivischen Ansicht;
9 den Schneideinsatz von 8 in einer Seitenansicht,
10 eine Draufsicht auf einen Grundkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform;
11 eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz gemäß einer ersten Variante; und
12 eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz gemäß einer zweiten Variante.
In 4 ist schematisch ein Grundkörper 10 für ein erfindungsgemäßes Fräswerkzeug gezeigt. Der wesentliche Unterschied zum Fräswerkzeug aus dem Stand der Technik besteht darin, dass die Schneideinsätze 12, die auf einander entgegengesetzten Seiten des Grundkörpers 10 angeordnet sind, einander überlappen, und zwar betrachtet in axialer Richtung entlang der Rotationsachse R. Anders ausgedrückt: Die Schneideinsätze 12 sind paarweise so angeordnet, dass der in Umfangsrichtung gemessene Versatz zwischen den beiden Schneidkanten der Schneideinsätze 12 eines Paares kleiner ist als die in Umfangsrichtung gemessene Länge der Schneideinsätze.
Bei dem in 4 gezeigten Grundprinzip des erfindungsgemäßen Grundkörpers 10 befinden sich die in der Drehrichtung D vorne liegenden Schneidkanten S auf derselben Linie, hier angedeutet mit L.
Die Folge der paarweisen Anordnung der Schneideinsätze 12 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 10 ist, das die axialen Komponenten F_a der Schneidkräfte nicht gegeneinander versetzt sind, wie dies in 3 dargestellt ist, sondern einander gegenüberliegen. Somit gibt es keinen Hebelarm zwischen den wirkenden axialen Komponenten der Schneidkräfte, und es ergeben sich keine Biegebelastungen des Grundkörpers 10.
Obwohl bei dem in 4 gezeigten Grundprinzip die Schneideinsätze 12 einander vollständig überlappen, ist es grundsätzlich möglich, die Schneideinsätze 12 geringfügig gegeneinander versetzt anzuordnen. Es ist offensichtlich, dass die auf den Grundkörper 10 wirkenden Biegekräfte umso geringer sind, je größer die Überlappung ist. Daher wird bevorzugt, dass die Überlappung mindestens 50 % der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Überlappung mindestens 80 %, und besonders vorteilhaft ist es, wenn die Überlappung mindestens 90 % der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes beträgt.
Die Schneideinsätze 12 können einander paarweise überlappend angeordnet werden, da sie mit einer Befestigungsöffnung 20 versehen sind, die exzentrisch angeordnet ist. Hieraus resultiert, dass auch die Befestigungsschrauben 14 exzentrisch angeordnet und damit gegeneinander versetzt sind. In 4 ist zu sehen, dass die Schneideinsätze, die auf der in 4 oben liegenden Seitenfläche des Grundkörpers 10 angeordnet sind, jeweils mit einer Befestigungsschraube 14A am Grundkörper angebracht sind, die in Umfangsrichtung oder Drehrichtung D betrachtet „vor“ den Befestigungsschrauben 14B liegen, mit denen die Schneideinsätze 12 am Grundkörper 10 angebracht sind, die auf der in 4 unten liegenden Seitenfläche des Grundkörpers 10 befestigt sind.
Anhand der 5 bis 9 wird nun eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Beim Grundkörper 10 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Schneideinsätze 12 paarweise so angebracht, dass sie einander vollständig überlappen (siehe die in 5 eingezeichnete Linie L).
Wie in den 6 und 7 zu sehen ist, sind einigen Schneideinsätzen 12 eine Einstellvorrichtung 30 zugeordnet, mit der diese Schneideinsätze ausgerichtet werden können.
Es ist grundsätzlich auch möglich, die Schneideinsätze 12 in eigenen Kassetten anzubringen, die dann wiederum mit exzentrisch angeordneten Befestigungsschrauben am Grundkörper 10 angebracht werden.
In den 5 bis 7 ist weiterhin zu sehen, dass auf der Umfangsfläche des Grundkörpers 10 abwechselnd weitere Schneideinsätze 40 angebracht sind.
Die an den Seitenflächen angeordneten Schneideinsätze 12 sind tangentiale Schneideinsätze mit jeweils zwei Seitenflächen 50, durch die sich die Befestigungsöffnung 20 erstreckt. Weiterhin weist jeder Schneideinsatz 12 zwei Stirnflächen 52 auf, die bei der hier gezeigten Ausführungsform im weitesten Sinne die Form eines Parallelogramms haben. Am Übergang zwischen den Stirnseiten 52 und den Seitenflächen 50 sind die Schneidkanten S gebildet.
Wie insbesondere in 9 zu sehen ist, ist die Befestigungsöffnung 20 exzentrisch angeordnet. Dabei ist sie bei der gezeigten Ausführungsform so angeordnet, dass sie eine Mittelebene M des Schneideinsatzes gerade tangiert.
Abhängig von den jeweiligen konstruktiven Randbedingungen kann auch vorgesehen sein, dass die Befestigungsöffnung 20 die Mittelebene M geringfügig schneidet. „Geringfügig“ wird hier angenommen als eine Überlappung, die nicht mehr als 20 % des Durchmessers der Befestigungsöffnung 20 beträgt.
In 10 ist ein Grundkörper für ein Fräswerkzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der wesentliche Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform zwei Typen von Schneideinsätzen 12 an den Seitenflächen des Grundkörpers 10 verwendet werden, nämlich die von der ersten Ausführungsform bekannten Schneideinsätze mit parallelogrammartiger Stirnseite 52 (siehe auch 11) sowie Schneideinsätze 112, deren Stirnseiten 152 (siehe 12) eine allgemein rechteckige Form mit einem angesetzten Wulst an diagonal gegenüberliegenden Ecken haben.
Bei den Schneideinsätzen 112 kann es sich um Schrupp-Schneideinsätze handeln, und bei den Schneideinsätzen 12 kann es sich um Schlicht-Schneideinsätze handeln.
Wie in 10 zu sehen ist, sind die Schrupp-Schneideinsätze 112 in Umfangs- oder Drehrichtung D betrachtet gegeneinander versetzt (siehe den Versatz o). Dennoch überlappen sie sich in axialer Richtung betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10238451 A1 [0003]

Claims

Fräswerkzeug mit einem scheiben- oder leistenförmigen Grundkörper (10), der um eine Drehachse (R) angetrieben werden kann, und mehreren Schneideinsätzen (12; 112), die entlang dem Außenumfang des Grundkörpers (10) auf einander entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze (12; 112), betrachtet in axialer Richtung, einander überlappen.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung mindestens 50% der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes (12; 112) beträgt.
Fräswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung mindestens 80% der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes (12; 112) beträgt.
Fräswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung mindestens 90% der in Umfangsrichtung gemessenen Breite eines Schneideinsatzes (12; 112) beträgt.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze (12; 112) an den Seitenflächen des Grundkörpers unterschiedliche Typen sind.
Fräswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Schneideinsätzen an den Seitenflächen des Grundkörpers um Schrupp-Schneideinsätze (112) und um Schlichtschneideinsätze (12) handelt.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Umfangsfläche des Grundkörpers Schneideinsätze (40) eines dritten Typs angeordnet sind.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideansätze tangentiale Schneideinsätze (12; 40; 112) sind.
Tangentialer Schneideinsatz (12; 112), insbesondere für ein Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei Seitenflächen (50), durch die sich eine Befestigungsöffnung (20) erstreckt, und zwei Stirnseiten (52; 152), wobei am Übergang der Stirnseiten zu den Seitenflächen Schneidkanten (S) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsöffnung (20) exzentrisch angeordnet ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsöffnung (20) eine Mittelebene (M) des Schneideinsatzes (12; 112), die sich parallel zu den Stirnseiten (52; 152) erstreckt, nicht oder nur unwesentlich schneidet.
Schneideinsatz nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (50) in einer Richtung parallel zur Erstreckungsrichtung der Seitenflächen gegeneinander verschoben sind.
Schneideinsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (52) eine parallelogrammartige Form haben.
Schneideinsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (152) eine rechteckige Form mit einem angesetzten Wulst haben.