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Die
Erfindung betrifft einen Schneideinsatz insbesondere zum Fräsen von
Kurbelwellen, mit einer von einem Befestigungsloch durchdrungenen Frontfläche, an
die sich an mindestens einer Seite, vorzugsweise an gegenüberliegenden
Seiten jeweils eine konvexe Stirnfläche anschließt, deren
bogenförmige
Kanten als Schneidkanten ausgebildet sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Fräswerkzeug
mit einer Vielzahl von lateral eingespannten Schneidwerkzeugen.
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Die
eingangs genannten Schneideinsätze werden
beim Außenfräsen von
Kurbelwellen für
die Bearbeitung des Unterstichs am Zapfen verwendet. Ein solcher
Anwendungsfall wird beispielsweise in der
EP 0 830 228 B1 anhand eines
scheibenförmigen Außenfräsers beschrieben,
der derart angetrieben wird, dass die spanende Bearbeitung mit Schnittgeschwindigkeiten
von über
160m/min durchgeführt wird.
Hierzu werden sowohl die Kurbelwelle als auch der Außenfräser rotierend
bewegt. Für
die Bearbeitung der zylinderförmigen
Mantelflächen
des rotierend bewegten Werkstückes,
im Falle der Kurbelwelle für
die Bearbeitung der Zapfenkontur, werden tangential eingespannte
Schneideinsätze
verwendet, die nach der Lehre der
EP 0 830 228 B1 eine im Wesentlichen rechteckige
obere Fläche
besitzen, die durch jeweilige Hauptschneidkanten umfangsseitig begrenzt
wird. Hieran schließen
sich vier Seitenflächen
an, deren jeweils gemeinsame Kanten Nebenschneidkanten bilden. Die
obere Fläche
soll im Bereich der eine Schneidecke bildenden benachbarten Hauptschneidkanten
eine Abflachung oder Einziehung aufweisen, die sich in den Bereich
beider benachbarter Hauptschneidkanten erstreckt und sich bei tangentialer
Einbauweise des Schneideinsatzes zwischen der wirksamen Spanfläche, die
durch die Seitenflächen
gebildet wird und der wirksamen Freifläche, die durch die obere rechteckige
Fläche
gebildet wird, ein Winkel von 75° bis
95° einstellt,
so dass ein effektiver Spanwinkel zwischen –5° und +15° vorliegt. Für die Bearbeitung der Kurbelwelle
werden jedenfalls zwei unterschiedliche Schneideinsätze benö tigt, von
denen der radial eingespannte Schneideinsatz für die Fertigung des Unterschnittes und
der tangential eingespannte Schneideinsatz für die Fertigung der Zapfen
verwendet wird.
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Aus
dem Stand der Technik sind auch Werkzeuge bekannt, die als Drehwerkzeuge
in sogenannten Drehräumen-
oder Dreh-Drehräumen-Verfahren verwendet
werden. Bei Drehräumen
wird ein lineares Drehräumen-Werkzeug
in radialer Richtung auf das zu bearbeitende rotierende Werkzeug
zugestellt. Beim Dreh-Drehräumen
sind auf einem Teilkreisumfang eines scheibenförmigen Werkzeugträgers mehrere
aufeinander folgende Schneideinsätze
angeordnet, die schrittweise kontinuierlich längs einem ersten Abschnitt
des Scheibenumfanges zunehmen. Dieses Werkzeug wird entlang eines
Teilkreisbogens in radialer Richtung auf das rotierend bewegte Werkstück eingeschwenkt,
wie dies prinzipiell in der
EP
0 313 644 B1 oder der
EP 0 286 771 A1 beschrieben wird. Auch auf
diesen leistenförmigen
oder scheibenförmigen
Werkzeugen werden zwei geometrisch unterschiedliche Schneideinsatztypen
für die
Zapfenbearbeitung und die Fertigung des Unterstichs verwendet.
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Es
ist auch bekannt, dass zur präzisen
Einhaltung der gewünschten
Abmessungen der zu bearbeitenden Kurbelwelle oder eines anderen
rotierend bewegten Werkstückes
beim Einbau der Schneideinsätze
zur Ausrichtung der Schnittbreite Abstimmstücke und zur Vermeidung von
Eindrückungen
im Sitz des Schneideinsatzes gehärtete
Unterlegstücke
zu verwenden. Schneideinsätze,
Abstimmstücke
und Unterlegstücke
können
in Kassetten angeordnet sein, die auf dem scheibenförmigen oder
leistenförmigen
Werkzeugträger
befestigt sind.
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Das
Fräswerkzeug
arbeitet umso kostengünstiger,
je weicher der Schnitt ist, d. h. je ruhiger die Werkzeugmaschine
läuft.
Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass das Werkzeug eine
möglichst
große
Zahl an wirksamen Schneidkanten aufweist. So wird beispielsweise
in der
DE 100 27 945
A1 ein Scheibenfräser
beschrieben, bei dem die tangential eingespannten Schneideinsätze unter
einem axialen Neigungswinkel von 15° bis 35°, vorzugsweise 20° bis 30° angeordnet
sind.
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Die
hinterste Schneidecke der tangential eingespannten Schneideinsätze liegt
entgegen der Fräsrichtung
betrachtet auf einer Geraden vertikal zur Drehrichtung des Scheibenfräsers, die
von der vordersten Schneidkante des darauf folgenden radial eingespannten
Schneideinsatzes einen Abstand von ≤ 5mm, vorzugsweise ≤ 2mm, bis
hin zu negativen Werten aufweist. Durch Verwendung so genannter Wendeschneidplatten,
die mehrere nacheinander nutzbare Schneidkanten aufweisen, lassen
sich die Kosten für
die Schneideinsätze
erheblich minimieren; so besitzen die vorbeschriebenen radial bzw.
tangential eingespannten Schneideinsätze jeweils vier nutzbare Schneiden.
Sind die nutzbaren Schneidkanten eines Schneideinsatzes verschlissen,
müssen
die Schneideinsätze
ausgetauscht werden, was eine entsprechende Lagerhaltung für die beiden
benötigten
Schneideinsatztypen voraussetzt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz anzugeben,
dessen Einsatzmöglichkeiten
erweitert werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Schneideinsatz gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Erfindungsgemäß besitzt
der eingangs beschriebene Schneideinsatz im Anschluss an die bogenförmige Schneidkante
bzw. die bogenförmigen
Schneidkanten entweder eine lineare im Wesentlichen vertikal zur
Auflagefläche
liegende, maximal um 4° gegen eine
Vertikale zur Auflagefläche
geneigte Kante oder eine konkav geformte Kante. Die genannte lineare Kante
oder die konkav geformte Kante dient als Spanbrecher. In einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung kann sich im Anschluss an die genannte
konkav gekrümmte
Kante eine linear verlaufende Schneidkante zur Bearbeitung von zylindrischen Mantelflächen, insbesondere
Zapfenoberflächen
von Kurbelwellen erstrecken. Vorzugsweise werden auf einem Fräswerkzeug
eine Vielzahl von lateral eingespannten Schneideinsätzen verwendet,
bei dem jeweils abwechselnd ein Schneideinsatz mit einer bogenförmigen Kante
und einer sich hieran anschießenden
linearen Kante und ein Schneideinsatz mit einer bogenförmigen Kante
und einer sich hieran anschließenden
konkav geformten Kante und einer weiteren linear verlaufenden Schneidkante
aufeinander folgend angeordnet. Die lineare Kante des ersten Schneideinsatzes
und die konkav geformte Kante des zweiten Schneideinsatzes liegen
in gleichen Flächenebenen,
wobei sich der besondere Vorteil ergibt, dass die Anzahl der für die Unterstichbearbeitung vorgesehenen
Schneidkanten eines Schneideinsatzes verdoppelt werden kann, da
der Schneideinsatz mit einer zusätzlichen
linear verlaufenden Schneidkante zur Bearbeitung von zylindrischen
Mantelflächen
zusätzlich
eine bogenförmig
ausgebildete Schneidkante für
die Fertigung von Unterstichen aufweist.
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Um
die bogenförmige
Schneidkante zu stabilisieren, weist diese Schneidkante nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Fase auf, die unter einem
Fasenwinkel von 0 bis 20°,
vorzugsweise 10°,
angeordnet ist und/oder eine Breite von 0,1 mm bis 0,25 mm, vorzugsweise
0,12 mm, besitzt und/oder die zur Frontfläche hin zu einer Breite von
0 mm ausläuft.
Vorzugsweise beträgt
der Krümmungsradius
der genannten bogenförmigen
Schneidkante 1,0 bis 2,5 mm, insbesondere 1,4 mm.
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Sofern
hinter dieser bogenförmigen
Schneidkante eine konkave Kante angeordnet ist, ist deren Krümmungsradius
nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kleiner als der
Krümmungsradius der
bogenförmigen
Schneidkante. In einer konkreten Ausführungsform ist ein Krümmungsradius
für die konkav
geformte Kante von 0,6 mm gewählt.
In Verbindung mit einer sich hieran anschließenden linearen Schneidkante
erfüllt
die konkav geformte Kante die Funktion eines Spanteilers.
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Die
an die bogenförmige
Schneidkante und/oder an die linear verlaufende Schneidkante angrenzenden
Spanflächenabschnitte
sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung unter einem positiven
Spanwinkel, vorzugsweise von 0° bis
20°, insbesondere
von 10°,
angeordnet. Um in diesem Bereich den ablaufenden Span optimal formen
zu können,
ist die an die Schneidkanten angrenzende Spanfläche jeweils als Spanformmulde
ausgebildet, d. h., dass sich an die zur Bildung eines positiven Spanwinkels
ausgebildete abfallende Flanke in einem Schneidkanten ferneren Bereich
eine ansteigende Flanke anschließt, durch die der Span nach oben
gebogen und zum Bruch gebracht wird.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Schneideinsatz,
der sowohl eine bogenförmige
Schneidkante für
die Unterstichbearbeitung als auch eine lineare Schneidkante für die Zapfenbearbeitung
besitzt, im mittleren Bereich jeweils senkrecht zur Frontfläche angeordnete,
ebene Seitenflächen
aufweisen, die sich mit wachsendem Abstand zur Frontfläche verjüngen, wobei
vorzugsweise die an diese Seitenflächen angrenzenden abfallenden
Flächen
als Spanleitstufe für
die von der linear verlaufenden Schneidkante geschnittenen Späne ausgebildet
sind. Die genannten ebenen Seitenflächen bilden in Verbindung mit
weiteren Auflageflächen
Anlageflächen
für den
Schneidplattensitz, die Unterlegstücke entbehrlich machen.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes
sowie eines mit den Schneideinsätzen
bestückten
Fräswerkzeuges
werden anhand der Zeichnungen nachfolgend beschrieben. Es zeigen.
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1 schematische Ansichten
der nach dem Stand der Technik bekannten Schneideinsätze zur
radialen oder tangentialen Einspannung sowie die mit mehreren dieser
Schneideinsätze
zu fertigende Schnittkontur,
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2 eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schneideinsatzes
in einer perspektivischen Ansicht,
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3 eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, ebenfalls in einer perspektivischen Ansicht,
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4 schematische Ansichten
der Schneideinsätze
nach 2 und 3 sowie die hiermit erzeugbaren
Schnittkontur,
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5–7 verschiedene
Ansichten des Schneideinsatzes gemäß 2,
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8 eine Detailvergrößerung in
Ansicht nach 7,
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9–11 verschiedene
Ansichten eines Schneideinsätzes
nach 3,
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12 eine Detailansicht nach 11 und
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13 eine Teilansicht eines
Fräsers,
der mit Schneideinsätzen
gemäß der vorliegenden
Erfindung bestückt
ist
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Der
Schneideinsatz 1 gemäß 1 ist Ausgangspunkt der
vorliegenden Erfindung. Dieser Schneideinsatz besitzt eine Frontfläche, von
der sich aus zur gegenüber
liegenden parallelen Fläche
eine konvexe Stirnfläche
anschließt,
deren bogenförmige Kanten
als Schneidkanten ausgebildet sind. Dieser Schneideinsatz wird lateral
und im Wechsel mit tangential eingespannten Schneideinsätzen 2 in
einem Werkzeugträger,
beispielsweise einer Fräserscheibe, eingespannt.
Um eine präzise
Einhaltung der gewünschten
Abmessungen der zu bearbeitenden Kurbelwelle zu erreichen, werden
beim Einbau der Wendeschneidplatten zur Ausrichtung der Schnittbreite sogenannte
Abstimmstücke 3 und
zur Vermeidung von Eindrückungen
im Sitz der Wendeschneidplatten gehärtete Unterlegstücke 4 verwendet.
Das erzeugte Schnittbild bzw. die Profilkontur ergibt sich aus der linken
Abbildung in 1.
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In
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besitzt der Schneideinsatz eine Frontfläche, die
beidseitig in eine konvex ausgebildete Stirnfläche 11 übergeht,
deren seitliche Kanten als Schneidkanten ausgebildet sind. Allerdings
laufen diese Schneidkanten nicht wie beim Schneideinsatz 1 gemäß 1 schräg aus, sondern gehen in eine
lineare im Wesentlichen vertikal zur Auflagefläche liegende oder maximal um
4° gegen
eine Vertikale zur Auflagefläche
geneigte Kante 14 über
bzw. einen sich über
die Breite des Schneideinsatzes erstreckenden Absatz. Die Frontfläche wird
von einem Befestigungsloch 15 durchdrungen, wobei sich
die betreffende Durchbrechung durch den gesamten Schneideinsatz
(siehe 6) erstreckt.
Beidseitig des Befestigungsloches und parallel zu dem durch die
Fläche 11 gebildeten
oberen und unteren Kanten ist eine beidseitige Erhebung 16 vorgesehen,
deren Randkante zur Fertigung eines Hüllbundes nutzbar ist. Weitere
Einzelheiten dieses Schneideinsatzes ergeben sich aus 5 bis 8. Der Schneideinsatz ist sowohl zu einer
Längs-
als auch zu einer Querachse spiegelsymmetrisch aufgebaut, so dass
sich als Begrenzungen der jeweiligen Stirnflächen 11 vier Schneidkanten 12 ergeben.
Der Krümmungsradius der
Schneidkanten 12 beträgt
1,0 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise 1,4 mm. Hieran schließt sich
eine zwischen 0° bis
10°, vorzugsweise
zwischen 3° bis
4°, gegen
eine Vertikale zur Frontfläche 12 geneigte Kante 14 an,
die sich über
die gesamte Breite der Rückseite
des Schneideinsatzes erstreckt. Wie aus 5 ersichtlich, sind die Schneidkanten 12 unter
einem Winkel von 0° bis
20°, vorzugsweise
von a = 10°,
zur Längsmittelachse
des Schneideinsatzes bzw. einer Parallelen hierzu angeordnet. Die Schneidkante 12 sowie
auch die Kante 14 sind mit einer Fase 17 versehen,
die unter einem Fasenwinkel von 0° bis
25°, vorzugsweise
10°, angeordnet
ist und eine gleichmäßige Fasenbreite
von 0,1 mm bis 0,25 mm, z. B. von 0,12 mm hat. Hinter der Schneidkante 12 sowie
der Kante 14 schließt
sich ein Spanflächenbereich
an, der aus einer abfallenden Flanke 18 zur Bildung eines
positiven Spanwinkels und aus einer Anstiegsflanke 19 zur
Spanformung und zum Spanbruch besteht. Die Fase 17 läuft ebenso
wie die Fase an der Schneidkante der Erhebung 16 jeweils
endseitig der gekrümmten
Schneidkante zu 0 aus (siehe Bezugsziffer 20). Im mittleren
Bereich besitzt der Schneideinsatz jeweils an den schmalen Seitenkanten
ebene Flächen 21,
die als Anlageflächen
für die Plattensitz
dienen. Aus 6 wird zudem
ersichtlich, dass der Schneideinsatz – mit Ausnahme der Seitenflächen 21 – nach hinten
hin um einen Winkel b von 0° bis
10° im Bereich
der Spanflächen
bildenden Flanken 18, 19 geneigt ist.
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Eine
weitere Ausführungsvariante
der Erfindung zeigen 3 und 9 bis 12. Dieser Schneideinsatz besitzt eine
ebene Frontfläche 22,
von der sich im mittleren Bereich nach hinten im rechten Winkel hierzu
angeordnete Seitenflächen 23 erstrecken,
die sich nach hinten verjüngen.
Diese Seitenflächen 23 dienen
als Anlageflächen
für den
Plattensitz. Bogenförmig
ausgebildete Stirnflächen 11 werden
durch Schneidkanten 12 begrenzt, deren Radius mit 1,0 mm
bis 2,5 mm, vorzugsweise 1,4 mm, ebenso groß ist wie der Schneidkantenradius
der Schneidkante 12 des Schneideinsatzes nach 2. An diese Schneidkante 12 schließt sich
eine konkav geformte Kante 24 an, die im Ausführungsbeispiel
nach 3 als Spanteiler
wirkt und die in Form einer kreisförmigen Nut sich über die
gesamte Breite des Schneideinsatzes erstreckt. Der Radius dieser
konkaven Kante ist deutlich kleiner als der Radius der Schneidkante 12 ausgebildet.
Im Anschluss an diese konkave Kante verläuft nach hinten eine lineare Schneidkante 25 bis
zum Ende des Schneideinsatzes. Diese linear verlaufende Schneidkante
dient zum Bearbeiten von zylindrischen Mantelflächen, insbesondere Zapfenoberflächen von
Kurbelwellen, worauf später
noch eingegangen wird. Entlang der Kanten 12, 24 und 25 ist
eine Fase 26 vorgesehen, die unter einem Winkel von 0° bis 20°, vorzugsweise unter
einem Winkel von 10° geneigt
ist und eine Breite von 0,1 bis 0,25 mm, vorzugsweise von 0,12 mm aufweist.
Diese Fase läuft
zur Frontfläche 22 am
Ort 27 zu 0 aus. Im Anschluss an die Schneidkanten 12, 24 und 25 bzw.
die Fase 26 ist eine abfallende Flanke 28 unter
einem positiven Spanwinkel vorgesehen, die rückseitig in eine ansteigende
Flanke 29 übergeht,
so dass die Flächenbereiche 28 und 29 eine Spanformmulde
bilden. Das Befestigungsloch bzw. die sich fortsetzende Durchbrechung 16 besitzen
im oberen Teil eine Ansenkung zur Aufnahme eines Kopfes einer Spannschraube,
wobei die Durchbrechung 36 eine Breite c besitzt, die eine
Durchführung des
Schaftes einer Spannschraube ermöglicht.
Wie aus 3 und 10 ersichtlich, verlaufen
die Kanten 12, 24 und 25 nach hinten
unter einem Winkel d geneigt, der ≤ 3° beträgt. Der
Schneideinsatz nach 3 und 9 bis 12 wird ebenfalls lateral in einen Werkzeughalter,
z. B. einem Außenfräser eingesetzt, wie
dies aus der Teilansicht des Werkzeugkörpers 30 ersichtlich
ist. Die konkave Kante 24 dient bei dieser Einbauweise
als Spanbrecher, der bewirkt, dass die von der linearen Schneidkante 25 sowie
der konvexen Schneidkante 12 geschnittenen Späne aufgeteilt werden.
Aus 13 ist ferner ersichtlich,
dass jeweils alternierend auf dem scheibenförmigen Werkzeugträger 30 Schneideinsätze 31 entsprechend 3 und Schneideinsätze 32 entsprechend
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2 eingespannt sind. Die
Lage dieser auf einer Seite aufeinander folgender Schneideinsätze 31 und 32 ist
derart, dass sich die Kante 14 des Schneideinsatzes 32 und
die konkave Kante 24 des Schneideinsatzes 31 im
Schnittbild überdecken.
Im Ergebnis wird das Schneidverhalten der Werkzeugmaschine, auf
dem der Träger 30 angeordnet
ist, in Folge geringerer Spanwinkel, einer besseren Spantei lung
und dadurch niedrigerer Schnittkräfte pro Schneidplatte erheblich
weicher und dementsprechend verbessert. Im Gegensatz zum Schneideinsatz 32,
der noch durch ein Unterlegstück 33 abgestützt wird,
benötigt
der Schneideinsatz 31 kein Unterlegstück, da hinreichend große Abstützflächen für einen
Schneidplattensitz (auf allen vier Seiten) vorliegen. Der Schneideinsatz 31 ersetzt
die nach dem Stand der Technik erforderlichen in einer Draufsicht quadratischen,
tangential eingespannten Schneideinsätze, denen gegenüber er den
Vorteil hat, dass er zusätzliche
Schneiden zur Bearbeitung des Unterstiches aufweist, so dass insgesamt
bei Verwendung der Schneideinsätze 31 und 32 doppelt so
viel Schneidkanten zur Unterstichbearbeitung vorliegen. Die alternierende
Anordnung der Schneideinsätze 31 und 32 auf
einem Fräser
wird lediglich aus Platzgründen
bevorzugt gewählt,
da die Schneideinsätze
nach 3 einen relativ
großen
Platzbedarf haben und demgemäß nicht
so dicht aufeinander folgend aneinander gereiht werden können wie Schneideinsätze 31 und 32 im
Wechsel. Allerdings benötigt
der Schneideinsatz 31 kein Unterlegstück sowie auch kein Abstimmungsstück, so dass
entsprechende Teile eingespart werden können. Der Schneideinsatz 31 besitzt
vier Schneidkanten 12 sowie vier Schneidkanten 25,
die durch entsprechende Drehung des Schneideinsatzes jeweils nutzbar
gemacht werden können.
Der Werkzeugträger 30 ist
als Außenfräser dargestellt;
jedoch kann der Schneideinsatz 31 in Verbindung mit Schneideinsatz 32 ebenso
auf einem Innenfräser
oder auf einem leistenförmigen
Werkzeug zum Dreh-Räumen
oder Dreh-Dreh-Räumen
verwendet werden.
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Das
mit den Schneieinsätzen 31 und 32 erzeugbare
Profil zeigt 4, linke
Abbildung. Die Schneideinsätze 32 sind
mittels eines Abstimmstückes 13 ausgerichtet.