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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausfräsen von plattenförmigen Werkstücken aus einer Materialplatte.
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Vor allem für den Laden-, Objekt-, Wohnmöbel- und Messebau müssen in einer Tischlerei entsprechend der Kundenanforderung Werkstücke in gleicher oder unterschiedlicher Form und in niedriger oder hoher Stückzahl möglichst effizient aus einem Plattenmaterial ausgefräst werden. Um eine möglichst optimale Materialausnutzung des Plattenmaterials beim Ausfräsen zu erzielen, ist es üblich, die auszufräsenden Werkstücke in ihrer Form zu analysieren und entsprechend geschachtelt nach einem Verschachtelungsplan auf dem jeweiligen Plattenmaterial anzuordnen. Bei diesem auch als Nesting bezeichneten und vorzugsweise computerbasierten Verfahren können der Verschnitt und die Bearbeitungszeit entsprechend minimiert werden.
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Üblicherweise wird beim Nesting jedes einzelne Werkstück, beispielsweise mit einem Schaftfräser, komplett im Gegenlauf umfräst. Hierbei wird nur auf der Gegenlaufseite des Schaftfräsers, wo sich der Schaftfräser im Bereich der Spanbildung entgegen der Vorschubrichtung des Schaftfräsers und/oder des Plattenmaterials bewegt, ein Trennschnitt in Fertigungsqualität erreicht. Nach der kompletten Umfräsung des ersten Werkstückes wird anschließend das nächste Werkstück aus dem Plattenmaterial ausgefräst.
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Aufgrund des Ausfräsens im Gegenlauf muss der Mindestabstand zwischen zwei Werkstücken zusätzlich mehrere Millimeter, mindestens mehr als 2 Millimeter, zum gängigen Fräsdurchmesser von 4 bis 18 Millimeter betragen. Entsprechend tritt an jeder Werkstückkante ein Verschnittverlust von mehreren Millimetern auf.
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Nachteilig beim bekannten Nesting ist zudem, dass der Schaftfräser zum Ausfräsen von jedem einzelnen Werkstück jeweils neu vertikal zugestellt werden muss. Aus diesen Gründen ist der Minimierung des Verschnittes sowie der pro Werkstück benötigten Bearbeitungszeit bei den bekannten Nesting-Verfahren Grenzen gesetzt. Dies betrifft insbesondere die Fertigung von individuellen Formteilen und von Werkstücken mit einer quadratischen oder entsprechend regelmäßigen Kontur.
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Zudem besteht insbesondere bei kleinen Werkstücken mit einer Fläche von kleiner 0,1 m2 das bekannte Problem, dass diese sich beim Ausfräsen verschieben können, auch wenn eine Vakuumanlage oder eine andere Fixiereinrichtung verwendet wird. Dadurch erhöht sich insbesondere bei kleinen Werkstücken die Gefahr, dass Ausbruch- und/oder Oberflächenfehler auftreten und somit die ausgefrästen Werkstücke nicht in Fertigungsqualität vorliegen.
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Aus der
DE 10 2006 055 232 A1 ist eine Portalmaschine zum Aufteilen einer großformatigen Rohplatte bekannt, bei der im ersten Schritt an der Protalvorderseite Trennschnitte an der Rohplatte entlang von Trennlinien in Richtung der x-Achse durch Verfahren eines Fingerfräsers durchgeführt werden. Nach Übergabe der abgetrennten Plattenabschnitte und Spannen auf einer Übernahmevorrichtung mit einer Saugtraverse und daran hängend angeordneten Saugspannern als Spannelementen werden im zweiten Trennschritt Trennschnitte an den abgetrennten Plattenabschnitten entlang geraden Schnittlinien entlang der y-Achse an der Portalhinterseite vorgenommen.
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Die
EP 1 925 411 A2 beschreibt eine Maschine zur Bearbeitung von Holzplatten, bei der mittels eines Förderbandes die Platte zugeführt und mittels eines optischen Detektionsmittels die Position der Platte während der Förderung kontrolliert wird. Mittels zweier Bohrer werden horizontale und vertikale Bohrlöcher in die Platte eingebracht und die Platte durch eine Schneideinrichtung parallel zur Förderrichtung geschnitten.
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In der
DE 10 2013 008 368 A1 wird eine Maschine zur Herstellung von Holzkomponenten offenbart, bei welcher eine Platte mittels zweier Greifvorrichtungen an ihren Seitenkanten gefasst und über eine Schneidestation vorgeschoben wird, sodass durch mindestens einen Fräskopf eine Komponente von der Platte abgetrennt wird.
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In der
DE 10 2012 022 578 A1 wird in einer Plattenbearbeitungsvorrichtung ein Verrutschen der Platte auf einer Auflage mittels einer Fixiereinrichtung und einer Andruckeinrichtung verhindert.
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Aus der
DE 20 2015 008 755 U1 ist eine Maschine zur Nachführbearbeitung von Platten bekannt, bei welcher die einzelnen Platten in aufeinander folgenden Bearbeitungsstationen durch Fräsen oder Bohren nachbearbeitet werden.
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Die
EP 2 990 147 A1 beschreibt eine Maschine zum Schneiden von Holzplatten, bei welcher die mindestens eine abgetrennte Komponente von der Holzplatte mittels einer Feststellvorrichtung in ihrer Position fixiert wird.
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Die
DE 10 2016 014 682 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufteilen von plattenförmigen Werkstücken, bei denen die Materialplatte im ersten Schritt durch Sägeschnitte in eine Mehrzahl rechteckiger streifenförmiger Werkstücke aufgeteilt wird und anschließend die streifenförmigen Werkstücke in einem weiteren Verfahrensschritt durch eine Mehrzahl von Fräswerkzeugen gleichzeitig in kleinere Werkstücke aufgeteilt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Ausfräsen von plattenförmigen Werkstücken aus einer Materialplatte, mit folgenden Schritten:
- - Vertikale Zustellung eines ersten Fräsers auf die Materialplatte,
- - Fräsen einer horizontal durchgehenden Fräsnut in die Materialplatte zum Ausbilden von benachbarten Nutkanten jeweils benachbarter Werkstücke in einem ersten Fräsdurchlauf des ersten Fräsers derart, dass ein Materialrest der Materialplatte unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut bestehen bleibt,
- - Vertikale Zustellung eines zweiten Fräsers in die horizontal durchgehende Fräsnut,
- - Ausfräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut mit dem zweiten Fräser in einem zweiten Fräsdurchlauf, wobei der Materialrest vollständig entfernt wird, ein aktiver Durchmesser des zweiten Fräsers einen Abstand zwischen den zu fertigenden Kanten der jeweils benachbarten Werkstücke entspricht und die benachbarten Nutkanten gleichzeitig im Gleichlauf und im Gegenlauf zu einer horizontalen Vorschubrichtung des zweiten Fräsers in die gefertigten benachbarten Kanten benachbarter Werkstücke in Fertigungsqualität überführt werden, sodass die plattenförmigen Werkstücke vorliegen.
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Dadurch, dass der aktive Durchmesser zumindest des zweiten Fräsers dem Abstand zwischen dem zu fertigenden benachbarten Kanten mindestens zweier benachbarter Werkstücke entspricht, wird eine optimale, enge Schachtelung der zu fertigenden Werkstücke auf der Materialplatte erreicht und somit tritt zwischen den gefertigten benachbarten Kanten zweier benachbarter Werkstücke kein zusätzlicher Schnittverlust auf. Folglich stellt die ausgefräste horizontal durchgehende Fräsnut den geringstmöglichen Abstand zwischen zwei benachbarten Werkstücken dar.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass beim Ausfräsen mit dem zweiten Fräser in einem einzigen zweiten Fräsdurchlauf gleichzeitig die Kanten von mindestens zwei benachbarten Werkstücken gefertigt werden, ohne dass der Fräser zum Ausfräsen des zweiten Werkstückes erneut vertikal zugestellt werden muss.
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Neben dem geringeren Abstand zwischen den Werkstücken und geringeren Schnittverlusten gegenüber den bekannten Nesting-Verfahren, weist das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr hohe Schnittqualität gleichzeitig beim Gleich- und Gegenlauf auf, wodurch direkt die ausgefrästen gefertigten Kanten Fertigungsschnittqualität aufweisen.
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Zudem wird ein Verschieben insbesondere kleiner Werkstücke dadurch verhindert, dass nach dem Fräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut in die Materialplatte mittels des ersten Fräsers ein Materialrest der Materialplatte unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut stehen bleibt. Dadurch bleibt die Materialplatte nach dem ersten Fräsen an ihrer Unterseite durchgehend intakt und weist eine homogene Oberfläche an ihrer Unterseite auf, wodurch ein Verschieben verhindert wird. Folglich ist beim ersten Fräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut der Aufwand zum Fixieren der Materialplatte in ihrer Position deutlich reduziert. Bei Verwendung einer Unterdruckeinrichtung unter Ansaugen der Materialplatte an ihrer Unterseite zum Fixieren ist folglich eine geringere Vakuumleistung erforderlich, als wenn die Werkstücke bereits vollständig im ersten Fräsdurchlauf ausgefräst werden. Somit wird eine entsprechende Energieeinsparung an der Bearbeitungsmaschine erreicht.
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Aufgrund des verbliebenen Materialrestes unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut ist das Ausfräsen mit dem zweiten Fräser mit geringeren Schnittkräften im zweiten Fräsdurchlauf im Vergleich zum ersten Fräsdurchlauf mit dem ersten Fräser durchführbar.
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Da der zweite Fräser nur einmal vertikal zugestellt werden muss für das gleichzeitige Ausfräsen von Kanten zweier oder mehrerer Werkstücke und dies in nur einem Fräsdurchlauf und/oder einer einzigen Fräsbahn erfolgt, wird trotz des vorherigen Fräsens der horizontal durchgehenden Fräsnut mit dem ersten Fräser eine um 30 % verkürzte Bearbeitungszeit im Vergleich zu den üblichen Nesting-Verfahren erzielt.
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Zudem wird bei diesem zweistufigen Verfahren des Fräsens und Ausfräsens der sogenannte Bananeneffekt, bei dem ein Verwerfen/Schwinden von Plattenwerkstoffen beim Ausfräsen auftritt, weitgehend minimiert. Gerade bei langen und schmalen Einzelteilen kann durch Spannung in der Materialplatte beim Fräsen und/oder Ausfräsen dieser Effekt ansonsten auftreten. Bevorzugt weist der erste Fräser insbesondere einen geringeren Schneiddurchmesser als der zweite Fräser auf, sodass mit dem ersten Fräser die Spannung aus der Materialplatte beim Fräsen herausgenommen wird und mit dem zweiten Fräser mit größerem Schneiddurchmesser anschließend das Ausfräsen der benachbarten Kanten benachbarter Werkstücke in Fertigungsschnittqualität erfolgt. Hierzu weist der erste Fräser beispielsweise einen Schneiddurchmesser von 12,0 mm und der zweite Fräser einen Schneiddurchmesser von 14,0 mm auf.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass die benachbarten Kanten zeitsparend gleichzeitig im Gleichlauf und im Gegenlauf ausgefräst werden und die entsprechenden Werkstücke direkt in Fertigungsschnittqualität ohne Ausbrüche und Oberflächenfehler vorliegen. Somit werden nicht nur in einer Fräsbahn zeitsparend gleichzeitig zwei Werkstückkanten von zwei verschiedenen Werkstücken in Fertigungsschnittqualität ausgefräst, sondern aufgrund der Zeiteinsparung können auch problemlos weitere zusätzliche Bearbeitungsschritte, wie Bohrungen, Taschen und/oder Rückwandnute, gleichzeitig oder nachfolgend ausgeführt werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch konturierte Werkstücke und/oder kleine Werkstücke ohne Verschieben sowie spitzwinklige Werkstücke ohne Ausbrüche und Oberflächenfehlern in hoher Qualität gefertigt werden.
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Durch die Reduzierung der Verschnittverluste und der Bearbeitungszeit sind auch Freiformwerkstücke für die Möbelindustrie, Innenausbau und Messebau wirtschaftlich fertigbar.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass bei jeweils einer einzigen vertikalen Zustellung des ersten Fräsers und des nachfolgenden zweiten Fräsers jeder Fräser die einzige optimierte Fräsbahn jeweils in einem Fräsdurchlauf ausführt, wobei das vollständige Ausfräsen von benachbarten Werkstücken durch gleichzeitiges Fertigen der benachbarten Kanten der Werkstücke direkt in Fertigungsschnittqualität erfolgt, wobei hierzu der zweite Fräser derart eingesetzt wird, dass sein aktiver Durchmesser dem Abstand zwischen den zu fertigenden benachbarten Kanten entspricht, sodass als Verschnittverlust lediglich der Spanverlust zwischen den benachbarten Werkstücken auftritt und kein Material der Materialplatte zwischen den angeordneten Werkstücken bestehen bleiben.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
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Unter „Fräsen“ wird insbesondere ein spanendes Fertigungsverfahren zur Herstellung von Werkstücken mit geometrisch bestimmter Gestalt verstanden. Beim Fräsen wird insbesondere von und/oder aus einer Materialplatte Material in Form von Spänen entfernt. Beim Fräsen wird insbesondere das Material dadurch entfernt, dass ein Fräser sich mit hoher Geschwindigkeit um seine eigene Achse dreht während eine vorgegebene Fräsbahn abgefahren wird. Durch das Fräsen wird insbesondere eine horizontal durchgehende Fräsnut in die Materialplatte eingebracht.
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Unter „Ausfräsen“ wird insbesondere verstanden, dass das Material der Materialplatte vollständig am Ort des Wirkens des Fräsers entfernt wird. Durch das Ausfräsen wird insbesondere der Materialrest der Materialplatte unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut nach dem Fräsen mit dem ersten Fräser vollständig durch den zweiten Fräser entfernt und gleichzeitig die benachbarten Kanten zweier benachbarten Werkstücke gefertigt.
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Eine „Materialplatte“ ist insbesondere „plattenförmig“ und als „Platte“ ein flaches, überall gleich dickes, auf zwei gegenüberliegenden Seiten von je einer im Verhältnis zur Dicke sehr ausgedehnten, ebenen Fläche begrenztes Stück eines Materials. Bei einer Materialplatte handelt es sich insbesondere um ein in der Tischlerei übliches Plattenmaterial. Eine Materialplatte ist insbesondere eine Vollholzplatte, eine Furnierholzplatte, eine Spanplatte, eine MDF-, HDF- und/oder Multiplex-Platte, eine Schichtholz-, Leimholz-, Brechschichtholz- und/oder Stabsperrholzplatte. Bei einer Materialplatte kann es sich auch um eine Kunststoffplatte, wie eine GFK-Platte, und/oder eine Verbundplatte handeln.
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Ein „plattenförmiges Werkstück“ ist entsprechend aus einer Materialplatte gefertigt.
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Bei der „vertikalen Zustellung“ handelt es sich um eine Spanungsbewegung, welche eine Lageveränderung zwischen dem ersten Fräser oder dem zweiten Fräser und der Materialplatte bewirkt. Bei der vertikalen Zustellung wird insbesondere der erste Fräser oder der zweite Fräser vertikal auf die Materialplatte abgesenkt. Die vertikale Zustellung des ersten Fräsers oder des zweiten Fräsers erfolgt insbesondere dadurch, dass die Spindel des Werkzeuges nach unten bewegt wird. Die vertikale Zustellung des ersten Fräsers und des zweiten Fräsers können so erfolgen, dass nach der vertikalen Zustellung des ersten Fräsers der erste Fräser zunächst den vollständigen ersten Fräsdurchlauf durchführt und anschließend der zweite Fräser für seinen zweiten Fräsdurchlauf vertikal in die vollständig gefertigte horizontal durchgehende Fräsnut zugestellt wird. Ebenfalls ist es möglich, dass die vertikale Zustellung des zweiten Fräsers kurz nach der vertikalen Zustellung des ersten Fräsers erfolgt, sodass der zweite Fräser direkt dem ersten Fräser in seiner gerade zuvor eingebrachten horizontal durchgehenden Fräsnut nachfolgt und somit gleichzeitig durch den ersten Fräser ein Fräsen und durch den zweiten Fräser ein Ausfräsen an unterschiedlichen Positionen der Materialplatte erfolgt.
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Unter „Fräsnut“ wird insbesondere eine durch den ersten Fräser in die Materialplatte eingebrachte längliche Vertiefung verstanden. Unter einer „horizontal durchgehenden Fräsnut“ wird insbesondere eine in horizontaler Ausdehnung der Materialplatte durchlaufende Nut verstanden. Hierbei muss die horizontal durchgehende Fräsnut nicht gerade verlaufen, sondern kann beispielsweise auch eine gebogene, runde, wellenförmige, spitzzulaufende oder dreieckige Form aufweisen. Die horizontal durchgehende Fräsnut in der Materialplatte ist insbesondere nicht vertikal durchgehend, das bedeutet, dass unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut ein Materialrest der Materialplatte stehen bleibt, wodurch insbesondere die Unterseite der Materialplatte eine intakte nach unten ausgerichtete Oberfläche aufweist. Die horizontal durchgehende Fräsnut kann insbesondere mit einem rechteckigen Querschnitt, einer Trapezform, mit zwei nach außen geschrägten Wänden oder als Schwalbenschwanz ausgeführt werden. Durch das Fräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut in die Materialplatte entstehen entsprechend zwei benachbarte Nutkanten. Jede der beiden benachbarten Nutkanten ist jeweils einem von zwei benachbarten Werkstücken zugeordneten. Die beiden benachbarten Nutkanten werden durch Ausfräsen mit dem zweiten Fräser insbesondere direkt in die gefertigten benachbarten Kanten der beiden benachbarten Werkstücke überführt.
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Unter einem „Fräsdurchlauf“ wird insbesondere verstanden, dass nach vertikaler Zustellung des ersten Fräsers oder des zweiten Fräsers der jeweilige Fräser in einem Zug und/oder einer unterbrechungsfreien Fräsbahn in die Materialplatte fräst oder diese ausfräst. Insbesondere erfolgt der Fräsdurchlauf ohne Entfernen des ersten Fräsers und/oder zweiten Fräsers von der Materialplatte und somit ohne erneut vertikale Zustellung des ersten Fräsers und/oder des zweiten Fräsers auf die Materialplatte. Der Fräsdurchlauf ist insbesondere derart geplant, dass eine hohe Anzahl von gefertigten benachbarten Kanten und somit eine hohe Anzahl von Werkstücken hergestellt wird.
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Ein „Fräser“ (auch „Fräswerkzeug“) ist insbesondere ein rotierendes Zerspanungswerkzeug zum Fräsen. Ein Fräser weist zumindest eine Schneidkante (auch Schneide genannt) auf. Bei einem Fräser handelt es sich insbesondere um einen Scheibenfräser oder einen Schaftfräser. Bei dem ersten Fräser und dem zweiten Fräser kann es sich um unterschiedliche Fräswerkzeuge handeln. Hierbei kann der erste Fräser auch einen geringeren aktiven Durchmesser als der zweite Fräser aufweisen. Ebenso kann es sich bei dem ersten Fräser und dem zweiten Fräser um dasselbe Fräswerkzeug handeln, wobei in diesem Falle die gefrästen benachbarten Nutkanten bereits den zu fertigenden Abstand der benachbarten Kanten der jeweils benachbarten Werkstücke aufweist.
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Unter einer „horizontalen Vorschubrichtung“ wird insbesondere die Richtung der Vorschubbewegung des Fräsers verstanden. Die Vorschubbewegung erfolgt insbesondere senkrecht oder schräg zur Rotationsachse des Fräsers. Nach vertikaler Zustellung des Fräsers erfolgt die Vorschubrichtung insbesondere in horizontaler Richtung.
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Der „Gleichlauf“ und der „Gegenlauf“ beziehen sich auf die Fräserumlaufrichtung in Bezug zur horizontalen Vorschubrichtung. Beim Gleichlauf bewegt sich die Schneide des Fräsers im Bereich der Spanbildung in gleicher Richtung wie die horizontale Vorschubrichtung. Beim Gegenlauf bewegt sich die Schneide des Fräsers im Bereich der Spanbildung entgegen der Vorschubrichtung. Da der zweite Fräser in der horizontal durchgehenden Fräsnut die benachbarten Nutkanten ausfräst, werden gleichzeitig die eine Nutkante im Gleichlauf und die andere Nutkante im Gegenlauf zu der horizontalen Vorschubrichtung des zweiten Fräsers in die gefertigten benachbarten und gegenüberliegenden Kanten der benachbarten Werkstücke überführt. Hierbei weisen insbesondere sowohl die im Gleichlauf als auch die im Gegenlauf gefertigte Kante Fertigungsschnittqualität auf.
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Unter „Fertigungsschnittqualität“ wird insbesondere verstanden, dass die gefertigten Kanten nach dem Ausfräsen einen Zustand aufweisen, welcher der geforderten Qualität an die Kanten der gefertigten Werkstücke entspricht, ohne dass eine Nacharbeitung der Kanten notwendig ist. Folglich wird die Fertigungsschnittqualität direkt durch das Ausfräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut zu den gefertigten benachbarten Kanten benachbarter Werkstücke erreicht.
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Unter einem „aktiven Durchmesser“ wird insbesondere der Durchmesser des Fräsers verstanden, welcher sich beim rotierenden Eingriff in die Materialplatte ergibt. Der aktive Durchmesser kann insbesondere größer als der physikalische Durchmesser der Schneide (Schneiddurchmesser) des Fräsers sein, wenn beispielsweise das Material der Materialplatte aufgrund der Wärmeentstehung am Ort des Spaneingriffes zusätzlich thermisch schrumpft. Der aktive Durchmesser ergibt sich somit durch Wechselwirkung zwischen der Schneide oder den Schneiden des Fräsers und des Materials im Bereich der Spanbildung.
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Unter „Kante“ wird hier insbesondere die äußere Begrenzung der Fläche des gefertigten Werkstückes verstanden. Die Kante stellt insbesondere den Rand des plattenförmigen Werkstückes dar. Die benachbarten Kanten der benachbarten Werkstücke weisen insbesondere einen gleichen Abstand zueinander auf und verlaufen parallel zueinander.
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In einer weitern Gestaltungsform des Verfahrens wird im Falle eines Ausbildens der zu fertigenden benachbarten Kanten der jeweils benachbarten Werkstücke als gerade Kanten, wobei die benachbarten geraden Kanten benachbarter Werkstücke jeweils mit Kanten weiterer benachbarter Werkstücke fluchten, das Fräsen und/oder Ausfräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut zwischen den jeweils benachbarten und fluchtenden Werkstücken in einem einzigen Fräsdurchlauf pro vertikaler Zustellung des ersten Fräsers und/oder des zweiten Fräsers durchfahren.
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Somit können insbesondere eine hohe Anzahl von quadratischen oder rechteckigen Werkstücken in einem einzigen Fräsdurchlauf pro vertikaler Zustellung aus der Materialplatte gefertigt werden.
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Folglich können die jeweils fluchtenden und den Durchmesser des eingesetzten zweiten Fräsers entsprechend beabstandeten Kanten mehrerer Werkstücke jeweils bei einer vertikalen Zustellung jeweils gleichzeitig und in einem Zug gefräst werden. Neben dem minimierten Verschnitt aufgrund des geringen Werkstückabstandes, welcher lediglich dem aktiven Durchmesser des zweiten Fräsers entspricht, ist die Optimierung der erforderlichen Fräszeit aufgrund des Wegfalls von Fräsdurchläufen von Vorteil. Durch rechnergestütztes Nesting, wobei insbesondere Optimierungsalgorithmen eingesetzt werden, kann somit sowohl im Falle von freikonturierten Werkstückkanten aufgrund optimaler Konturschachtelung als auch im Falle von geraden und/oder rechteckig zueinander angeordneten Werkstückkanten durch einen optimalen Verschachtelungsplan ein einzügiger Fräsdurchlauf pro vertikaler Zustellung des ersten Fräsers und/oder des zweiten Fräsers erzielt werden.
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Unter „fluchten“ wird verstanden, dass insbesondere die benachbarten geraden Kanten benachbarter Werkstücke in einer geraden Linie liegen.
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Um die Materialplatte und/oder die bereits teilweise gefrästen Werkstücke in ihrer jeweiligen Lage zu fixieren, bleibt nach dem Fräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut eine vertikale Abmessung des Materialrestes in einem Bereich von 0,50 mm bis 3,50 mm, bevorzugt von 1,50 mm bis 2,50 mm, stehen.
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In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens wird oder werden ein Schneiddurchmesser des ersten Fräsers und/oder des zweiten Fräsers in einem Bereich von 4,0 mm bis 18,0 mm, bevorzugt von 12,0 mm bis 16,0 mm, verwendet.
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Somit kann durch Wahl des Schneiddurchmessers und somit des sich beim Spanen ergebenden aktiven Durchmessers des jeweiligen Fräsers der Abstand der benachbarten Nutkanten und/oder der Abstand zwischen den zu fertigenden benachbarten Kanten gezielt eingestellt werden. Folglich wird dadurch auch die Menge der Späne und somit des Materialverlustes der Materialplatte festgelegt.
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Der „Schneiddurchmesser“ ist insbesondere der Außendurchmesser der Schneide oder der größte Außendurchmesser der Schneiden des Fräsers.
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Um die Bearbeitungszeit beim Fräsen und/oder Ausfräsen weiter zu optimieren, wird oder werden eine Drehzahl des ersten Fräsers und/oder des zweiten Fräsers in einem Bereich von 18.000 U/min bis 24.000 U/min, bevorzugt von 21.000 U/min bis 23.000 U/min, verwendet.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass aufgrund des Fräsens der horizontal durchgehenden Fräsnut mit einem unterhalb dieser angeordneten Materialrestes der Materialplatte beim Fräsdurchgang des ersten Fräsers eine gesteigerte Drehzahl im Vergleich zum zweiten Fräser sowie zu konventionellen Nesting-Verfahren verwendet werden kann.
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Zur weiteren Optimierung der Bearbeitungszeit wird oder werden eine Vorschubgeschwindigkeit des ersten Fräsers und/oder des zweiten Fräsers in einem Bereich von 10,0 m/min bis 22,0 m/min, bevorzugt von 12,0 m/min bis 18,0 m/min, verwendet.
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Dadurch, dass der zweite Fräser die bereits durch den ersten Fräser eingebrachte horizontal durchgehende Fräsnut vollständig ausfräst, kann der zweite Fräser vorteilhaft mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit als der erste Fräser betrieben werden.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass sowohl für den ersten Fräser als auch für den zweiten Fräser sowohl eine Steigerung der Drehzahl als auch der Vorschubgeschwindigkeit gegenüber der Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit von bekannten Nesting-Verfahren ermöglicht wird.
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Die „Drehzahl“ entspricht insbesondere der Zahl von Umdrehungen des Fräsers innerhalb eines gewählten Zeitintervalls bezogen auf dieses Zeitintervall. Die Drehzahl wird insbesondere als Umdrehungen des Fräsers pro Minute angegeben.
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Die „Vorschubgeschwindigkeit“ ist insbesondere die Geschwindigkeit des ersten Fräsers und/oder des zweiten Fräsers in Vorschubrichtung. Die Vorschubgeschwindigkeit wird insbesondere in Meter pro Minute angegeben.
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Um ein schnelles und Fertigungsqualität entsprechendes Fräsen und/oder Ausfräsen zu gewährleisten, wird oder werden als erster Fräser und/oder als zweiter Fräser ein Schaftfräser, ein um eine horizontale Achse drehend angetriebener Scheibenfräser und/oder ein um eine horizontale Achse drehend angetriebenes Kreissägeblatt verwendet.
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Ein „Schaftfräser“ ist insbesondere ein Zerspanungswerkzeug, bei dem ein integrierter Schaft in die Fräsaufnahme der Bearbeitungsmaschine, insbesondere in eine Spindel, eingespannt wird. Ein Schaftfräser weist insbesondere einen Schneiddurchmesser auf, der circa 5- bis 10-mal kleiner als seine Schneidlänge ist. Ein Schaftfräser weist insbesondere eine oder mehrere Schneiden auf.
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Ein „Scheibenfräser“ weist eine scheibenförmige Fräse auf, welche insbesondere an ihrem Umfang mehrere Schneiden aufweist. Der Scheibenfräser dreht sich insbesondere um eine horizontale Achse. Bei einem Scheibenfräser kann es sich auch um einen Trennfräser und/oder ein Kreissägeblatt handeln. Der Scheibenfräser als Trennfräser und/oder als Kreissägeblatt weist insbesondere einen Durchmesser von 50 mm bis 350 mm und eine geringe Breite von 1,6 mm bis 6 mm auf.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird in Kombination mit einem beschriebenen Schaftfräser für das geradlinig durchgehende Trennen von Plattenrand zu Plattenrand der Materialplatte ein um eine horizontale Achse drehend angetriebenes Trennwerkzeug eingesetzt. Dabei kann es sich um einen Scheibenfräser oder ein Kreissägeblatt handeln. Im Folgenden wird in diesem Zusammenhang immer der Begriff Scheibenfräser verwendet. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass aufgrund der geringen Breite dieses Scheibenfräsers eine noch engere Anordnung der Werkstücke auf der Materialplatte möglich ist, wodurch der Verschleiß an Plattenmaterial weiter gesenkt werden kann. Auch sind bei diesen durchgehenden Trennvorgängen, unter anderem auch thermisch bedingt, höhere Vorschubgeschwindigkeiten realisierbar.
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In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens wird oder werden mit dem Schaftfräser als erster Fräser und/oder als zweiter Fräser ein überwiegender drückender Schnitt durchgeführt.
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Vor allem für den ersten Fräser kann es vorteilhaft sein, einen drückenden Schnitt durchzuführen, um beim Fräsen die horizontal durchgehende Fräsnut optimal auszuformen. Um die dabei anfallenden Späne besser zu entfernen, bietet sich der zusätzliche Einsatz einer ansaugenden Luftturbine oberhalb des ersten Fräsers an.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn beim zweiten Fräsdurchlauf das Ausfräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut mit einem ziehenden Schnitt des zweiten Fräsers durchgeführt wird, damit der Materialrest der Materialplatte unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut vollständig und ohne Ausbrüche und Oberflächenfehler entfernt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die gefertigten benachbarten Kanten benachbarter Werkstücke direkt Fertigungsschnittqualität aufweisen.
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Bei einem „drückenden Schnitt“ drückt die Schneide und/oder die Schneiden des Fräsers in das Material der Materialplatte hinein, während bei einem „ziehenden Schnitt“ insbesondere spanend abgetragenes Material der Materialplatte als Späne aus der Materialplatte herausgezogen wird. Ob ein Fräser einen ziehenden oder einen drückenden Schnitt ausführt, hängt insbesondere von der Schneidengeometrie und/oder dem Achswinkel ab. Unter „überwiegend drückender Schnitt“ oder „im Wesentlichen drückender Schnitt“ wird verstanden, dass die Schneide oder die Schneiden des Fräsers mehr drücken als ziehen. Ein Fräser kann auch sowohl einen drückenden als auch einen ziehenden Schnitt gleichzeitig durchführen, in dem der Fräser beispielsweise eine Schneide mit einen Achswinkel und/oder einer Schneidengeometrie für einen drückenden Schnitt und eine andere Schneide mit einem Achswinkel und/oder einer Schneidengeometrie für einen ziehenden Schnitt, zum Beispiel mit je einem Achswinkel von 54°, aufweist.
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Um ein optimales Fräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut in der Materialplatte zu erreichen, wird als erster Fräser ein Schaftfräser mit einer Schneide oder zwei Schneiden und einem Achswinkel in einem Bereich von 30° bis 80°, bevorzugt von 50° bis 70° verwendet.
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Unter „Achswinkel“ (auch „Neigungswinkel“) wird insbesondere der Winkel zwischen der Längsachse des Fräsers und der äußersten Schneidkante der Schneide des Fräsers verstanden. Der Achswinkel ist insbesondere die Schrägstellung der Schneide zur Werkzeugachse.
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In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens wird als zweiter Fräser ein Schaftfräser mit zwei Schneiden oder drei Schneiden und einem Achswinkel in einem Bereich von 25° bis 75°, bevorzugt von 45° bis 65° verwendet.
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Somit kann eine optimale Fertigungsschnittqualität der gefertigten Kanten der benachbarten Werkstücke direkt durch das Ausfräsen mit dem zweiten Fräser und/oder einen ziehenden Schnitt zum Entfernen des Materialrestes gewährleistet werden.
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In einer weiteren gestaltungsform des Verfahrens wird als erster Fräser und als zweiter Fräser derselbe Schaftfräser verwendet.
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Somit ist im Falle nur eines Werkzeuges ein Wechsel des Fräsers im Werkzeug nicht erforderlich.
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Es ist besonders vorteilhaft einen einzigen Schaftfräser anstelle von zwei Fräsern sowohl zum Fräsen der horizontal durchgehenden Nut als auch zu ihrem Ausfräsen zu verwendet, insbesondere wenn der einzige Schaftfräser zumindest eine Schneide aufweist, welche einen drückenden Schnitt ausführt, und zumindest eine andere Schneide aufweist, welche einen ziehenden Schnitt ausführt.
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Um ein Verschieben der Materialplatte und/oder der Werkstücke während des Fräsens und Ausfräsens zu vermeiden, wird oder werden die Materialplatte und/oder die Werkstücke auf einer gasdurchlässigen Auflageplatte mittels einer Unterdruckerzeugungseinrichtung in ihrer Lage fixiert.
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Dadurch, dass nach dem ersten Fräsdurchlauf des ersten Fräsers der Materialrest der Materialplatte unterhalb der horizontal durchgehenden Nut stehen bleibt, kann die Unterdruckerzeugungseinrichtung optimal zum Ansaugen und somit Fixieren der Materialplatte und/oder der Werkstücke auf der gasdurchlässigen Auflageplatte genutzt werden. Da die Unterseite der Materialplatte nach diesem ersten Fräsdurchlauf noch intakt ist, treten keine Leckagen durch die Materialplatte auf und die Fixierung kann mit reduzierter Unterdruckleistung, beispielsweise nur erzeugt von einer einzigen Vakuumpumpe, erfolgen. Folglich kann problemlos ein ausreichender Unterdruck mittels der Unterdruckerzeugungseinrichtung aufrechterhalten werden, auch wenn die Bearbeitungsmaschine beispielsweise mit zwei Rastertischen parallel betrieben wird.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass dadurch der erste Fräsdurchlauf trotz reduzierter Vakuumleistung für die Unterdruckerzeugung mit einer optimierten erhöhten Vorschubgeschwindigkeit gefahren werden kann, ohne dass es zu einem Verschieben der Materialplatte kommt. Somit wird vor allem auch verhindert, dass kleinere Platten sich bewegen und gegen den Fräser und/oder das Werkzeug schlagen.
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Da nach dem Fräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut ein Materialrest verbleibt und/oder da als erster Fräser ein Schaftfräser mit einem überwiegend drückenden Schnitt verwendet wird, wird zudem verhindert, dass Späne und Staub unter die Materialplatte gelangen und bereits teilausgefräste oder vollständig ausgefräste Werkstücke aufschwimmen.
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Eine „gasdurchlässige Auflageplatte“ (auch „Opferplatte“ genannt) ist eine poröse Platte, durch deren Poren Gas und Luft durchtreten kann. Auf der Oberseite der porösen Auflageplatte liegen insbesondere die Materialplatte und/oder die Werkstücke auf. An der Unterseite der gasdurchlässigen Auflageplatte wird mittels der Unterdruckerzeugungseinrichtung ein Unterdruck angelegt, sodass über die gasdurchlässige Auflageplatte ein Saugdruck auf die Unterseite der Materialplatte und/oder der Werkstücke aufgebracht wird. Eine Opferplatte ist insbesondere auch eine schützende Unterlage auf dem Arbeitstisch, um diesen bei einem vollständigen Durchtrennen der Materialplatte und/oder Werkstücke zu schützen.
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Eine „Unterdruckerzeugungseinrichtung“ (auch „Vakuumanlage“ genannt) ist insbesondere die Gesamtheit aller Geräte, die zur Erzeugung eines technisch nutzbaren Vakuums in einer Anlage notwendig sind und deren Zusammenspiel die Erstellung eines Vakuums und dessen Nutzen erst ermöglichen. Eine Unterdruckerzeugungseinrichtung weist insbesondere mindestens eine Vakuumpumpe und einen zugehörigen Antrieb sowie Mess-, Regel- und Überwachungseinrichtungen sowie ein Abgabesystem zum Aufbringen des Vakuums an die Unterseite der Auflageplatte auf. Bei einer Unterdruckerzeugungseinrichtung kann es sich insbesondere auch um einen Vakuumtisch handeln.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Nesting-Plans mit einer zu bearbeitenden Materialplatte in Draufsicht,
- 2 eine schematische Darstellung eines Nesting-Plans für den zusätzlichen Einsatz eines Scheibenfräsers in Draufsicht, und
- 3 ein vergrößerter Ausschnitt aus der 2.
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Auf einem Rastertisch einer CNC-Fünfachsbearbeitungsmaschine liegt eine Materialplatte 2 auf einer definiert luftdurchlässigen Auflageplatte 5 auf. Auf der Unterseite der Auflageplatte 5 wirkt flächig und saugkraftmäßig einstellbar eine nicht gezeigte Unterdruckerzeugungseinrichtung auf die luftdurchlässige Auflageplatte 5 ein. Zur Erzeugung des Vakuums sind drei nicht gezeigte Vakuumpumpen mit je 5,5 kW und eine zusätzliche Vakuumpumpe mit 3 kW Leistung einsetzbar, sodass bei einer Leistung von 19,5 kW ein Vakuum-Luftvolumenstrom von 1.060 m3/h vorliegt. Dadurch wird die Materialplatte 2 an ihrer Unterseite angesaugt und somit auf der luftdurchlässigen Auflageplatte 5 in ihrer Lage fixiert.
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Zum zweistufigen Ausfräsen von eng aneinander anliegenden Werkstücken 1 aus der Materialplatte 2 wurde computerbasiert mittels entsprechender Software der in 1 dargestellte Nesting-Plan erstellt.
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Als erster Schaftfräser 3 wird ein Nut-Schaftfräser mit einem Schneiddurchmesser von 12 mm, mit einer Schneide und einem Achswinkel von 70° verwendet. Der erste Schaftfräser 3 weist einen drückenden Schnitt auf, wobei zur zusätzlichen Entfernung der entstehenden Späne oberhalb des ersten Schaftfräsers 3 am Werkzeug eine nicht gezeigte luftgekühlte, luftführende Turbine gesetzt ist, welche eine Rotation der Werkzeugspindel ausnutzt und dadurch die Luft am Fräsort des ersten Schaftfräsers 3 ansaugt, wodurch die entstehenden Späne nach oben fliegen.
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Als zweiter Schaftfräser 8 wird ein Schaftfräser mit einem Schneiddurchmesser von 12,0 mm und zwei Schneiden mit einem ziehenden Achswinkel von 54° verwendet, welcher einen ziehenden Schnitt ausführt.
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Der erste Schaftfräser 3 wird vertikal auf die Materialplatte 2 zugestellt und fährt labyrinthartig und eine durchgehende horizontale Fräsnut 6 erzeugend den in 1 dargestellten Nesting-Plan ab und erzeugt dabei in einem Fräsdurchlauf benachbarte Nutkanten von jeweils benachbarten Werkstücken 1. Beim Erzeugen der horizontal durchgehenden Fräsnut 6 bleibt durchgehend ein Materialrest von 2,0 mm der Materialplatte 2 unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut 6 stehen. Somit tritt keine Veränderung der Saugkraft der Unterdruckerzeugungseinrichtung auf die Auflageplatte 5 durch das Fräsen ein und zum Erzeugen der notwendigen Saugkraft zum Fixieren der Materialplatte 2 ist lediglich eine einzige Vakuumpumpe mit einer Leistung von 5,5 kW notwendig. Das Fräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut 6 erfolgt mit so vielen durchgehenden Fräsdurchläufen des ersten Schaftfräsers 3, wie dies der Nesting-Plan zulässt. Dabei wird der erste Schaftfräser 3 jeweils für jeden Fräsdurchlauf gleichartig vertikal auf die Materialplatte 2 derart zugestellt, dass beständig ein Materialrest von 2,0 mm unterhalb der horizontal durchgehenden Fräsnut 6 der Materialplatte 2 bestehen bleibt.
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Nachdem der erste Schaftfräser 3 die horizontal durchgehende Fräsnut 6 in die Materialplatte 2 gefräst hat, wird anschließend der zweite Schaftfräser 8 vertikal in die horizontal durchgehende Fräsnut 6 zugestellt. Der zweite Schaftfräser 8 fährt die horizontal durchgehende Fräsnut 6 entsprechend des Nesting-Plans in einem zweiten Fräsdurchlauf ab, wobei der zweite Schaftfräser 8 unter ziehenden Schnitt den Materialrest vollständig entfernt und bei seinem Schneiddurchmesser von 12,0 mm direkt die benachbarten Nutkanten gleichzeitig im Gleichlauf und im Gegenlauf zu seiner horizontalen Vorschubrichtung in die gefertigten benachbarten Kanten benachbarter Werkstücke 1 in Fertigungsschnittqualität überführt. Der zweite Schaftfräser 8 wird für das vollständige Ausfräsen in so vielen durchgehenden Fräsdurchläufen eingesetzt, wie dies der Nesting-Plan zulässt. Hierbei wird der zweite Schaftfräser 8 jeweils vertikal derart tief in die Materialplatte 2 zugestellt, dass der Materialrest von 2,0 mm vollständig entfernt wird.
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Mit dem zunehmenden Ausfräsen der horizontal durchgehenden Fräsnut und somit dem Vorliegen der ausgefrästen einzelnen plattenförmigen Werkstücke 1 tritt eine zunehmende Leckage der Saugkraft der Unterdruckerzeugungseinrichtung auf, da der Leckage verhindernde Materialrest immer mehr entfernt wird. Dementsprechend wird die Vakuumleistung der nicht gezeigten Vakuumpumpen der Unterdruckerzeugungseinrichtung zunehmend erhöht, indem schrittweise die weiteren Vakuumpumpen der Unterdruckerzeugungseinrichtung zugeschaltet werden.
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Gegenüber einem vormals durchgeführten einstufigen direkten Ausfräsen mit einer Drehzahl von 18.000 U/min und einer Vorschubgeschwindigkeit von 9 m/min kann durch die zweistufige Zustellung des ersten Schaftfräsers 3 zum Fräsen und des zweiten Schaftfräsers 8 zum Ausfräsen mit höheren Drehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten gearbeitet werden, wobei für den ersten Schaftfräser 3 eine Drehzahl von 23.000 U/min und eine Vorschubgeschwindigkeit von 12 m/min und für den zweiten Schaftfräser 8 eine Drehzahl von 21.000 U/min und eine Vorschubgeschwindigkeit von 15 m/min verwendet werden. Dadurch wird die Bearbeitungszeit um 30 % verringert und entsprechend ein Durchsatz der gefertigten Werkstücke 1 um 30 % gesteigert.
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Zudem werden die Materialplatte 2 und die Werkstücke 1 bei optimierter Vakuumleistung für die Unterdruckerzeugung während des Fräsens und Ausfräsens sicher auf der Auflageplatte 5 in ihrer Lage fixiert.
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In einer Alternative in einem Ausführungsbeispiel nach 2 kommt zusätzlich zu dem Bereich des Nesting-Plans labyrinthartig durchfahrenden zweiten Schaftfräsers 8 ein sich vertikal drehender Scheibenfräser 4 zum Einsatz, welcher sich durchgehend über dem Nesting-Plan erstreckende Werkstückzwischenräume einzügig oder zweizügig durchfährt. Da der Scheibenfräser 4 eine deutlich geringere Schnittbreite von 5,0 mm aufweist als der Schneiddurchmesser und somit der aktive Durchmesser des zweiten Schaftfräsers 8, wird entsprechend eine schmalere Fräsnut 7 erzeugt (siehe 3). Somit wird durch Verwendung des Scheibenfräsers 4 als Trennfräser aufgrund des sehr dünnen Schnittes die Leckage in der Unterdruckerzeugungseinrichtung weiter minimiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Materialplatte
- 3
- Erster Schaftfräser
- 4
- Scheibenfräser
- 5
- Auflageplatte
- 6
- Fräsnut
- 7
- Schmalere Fräsnut
- 8
- Zweiter Schaftfräser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055232 A1 [0007]
- EP 1925411 A2 [0008]
- DE 102013008368 A1 [0009]
- DE 102012022578 A1 [0010]
- DE 202015008755 U1 [0011]
- EP 2990147 A1 [0012]
- DE 102016014682 A1 [0013]
