DE1502100C - Vorrichtung zum Fräsen langgestreckter Flächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fräsen langgestreckter Flächen, insbesondere der Seitenflächen fortlaufender Metallbänder, oder von langen Stäben, mit einem kegelstumpfförmigen, wenigstens eine nach einer Kegelerzeugenden verlaufende Schneide aufweisenden Fräser, dessen Achse in bezug auf die zu bearbeitende Fläche in einer zur Längsrichtung der Fläche rechtwinklig verlaufenden Normalebene so geschwenkt ist, daß sie mit der Fläche einen dem halben Kegelscheitelwinkel des Fräsers entsprechenden Winkel einschließt, wobei der Fräser im Gleichlauf unter Vorbeiführen des Werkstücks am Fräser arbeitet.

Eine derartige bekannte Vorrichtung weist Schneidenpaare mit unter einem Winkel zueinander versetzten Schneiden auf, die dazu dienen, Profile, insbesondere schwalbenschwanzförmige Nuten, zu fräsen. Der Neigungswinkel der Fräserachse zu den Flanken dieser Nuten, d. h. zu den zu bearbeitenden Flächen, wird hierbei ausschließlich durch den öffnungswinkel der Schwalbenschwanznut bestimmt. Technologisch gesehen handelt es sich bei diesem bekannten Fräser um einen Umfangsfräser.

Bei der Herstellung von Rohren aus vorgewalzten Bändern müssen letztere auf genaue Breite besäumt werden, wobei die Ansprüche, die an die Qualität der Bandvorbereitung gestellt werden, beträchtlich sind. Seit es gelungen ist, Fräsvorrichtungen zu schaffen, die mit dem gleichen Vorschub fräsen können, mit dem geschweißt wird, hat sich in der Praxis das Besäumfräsen durchgesetzt. Fräsvorschübe von einigen Metern je Minute sind bei der Unterpulververschweißung bekannt, doch liegen in der Hochfrequenzschweißung schon Vorschübe von Rohren mit etwa 10 m/Min, vor und die diesbezügliche Entwicklung geht weiter. Bei der Nachbearbeitung langer Stäbe,

z. B. der Lauffläche von Eisenbahnschienen, ist bereits ein sogenanntes »Rapidfräsen« bekannt. Während beim Besäumen der Schmalseiten von Metallbändern in der Regel ebene oder winklig gebrochene Seitenflächen gefräst werden müssen, müssen Eisenbahnschienen nach einem genormten Profil nachgefräst werden. Beim Rapidfräsen sind hierbei Vorschübe von einigen Metern pro Minute erreicht worden. Eine weitere Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit ist mit diesen bekannten Vorrichtungen indes sehr schwierig. Außerdem sind die hierbei erforderlichen Werkzeuge sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß eine erhebliche Leistungssteigerung durch Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kegelwinkel des Fräsers gleich oder größer als 170° ist und daß die Schneide bzw. Schneiden im Vergleich zur Breite der zu bearbeitenden Fläche lang ist bzw. sind. Hierdurch wird erreicht, daß nicht nur Vorschubgeschwindigkeiten in der Größenordnung der heute erreichten höchsten Vorschubgeschwindigkeiten für Schweißmaschinen erzielt werden können, sondern daß die Vorschubgeschwindigkeiten weit über die Schnittgeschwindigkeit hinausgehen können.

Es kann zweckmäßig sein, wenn die Schneide bzw. die Schneiden des Fräsers in an sich bekannter Weise gegen eine durch die Fräserachse gehende Ebene um einen vergleichsweise kleinen Winkel verschwenkt ist bzw. sind. In jedem Fall ergibt sich über den ganzen Eingriffsbereich ein ziehender Schnitt, der folgende Vorteile bietet:

1. Günstigere Werkzeugbeanspruchung, was die Standzeit verlängert.

2. Es bilden sich lockenartige Späne, die leicht, abgefördert werden können.

3. Die Neigung der Schneide zu der durch die Fräserachse gehende Ebene erlaubt es, den Umfangsvorschub und damit den Vorschub des Werkstückes in seiner. Achsrichtung gegenüber Schneiden, die längs einer Kegelerzeugenden

verlaufen, noch weiter zu steigern.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Fräseranordnung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung im Aufriß (geschnitten), Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 im Seitenriß und

Fig. 3 die Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 im Grundriß.

Die Achse eines Messerkopfes 1 mit Hartmetallschneiden 2 ist um den Winkel γ gegen die Ebene eines zu besäumenden Bandes 3 geneigt. Die Schneiden 2 sind ebenfalls um den gleichen Winkel γ gegen die Normalebene des Messerkopfes 1 geneigt. Aus Fig. 2 ist der Eingriffswinkel 2φ für Schneiden 2 der dargestellten Länge und damit der Bereich, in dem der Messerkopf 1 wirksam im Eingriff mit dem Band 3 ist, erkennbar. Wird dieser Messerkopf 1 so an der Schmalseite des Blechbandes 3 vorbeigeführt, daß die Schneiden 2 etwa normal zur Bandebene stehen, dann wird die Schmalseite des Bandes ungefähr im rechten Winkel zur Breitseite des Bandes

besäumt. Aus dem Grundriß der F i g. 2 ist zu erkennen, daß der Normalkreis des Messerkopfes im Grunde eine Ellipse ist und der Eingriff nach dem Krümmungsradius ψ verläuft.

Der Fortschritt, den das vorliegende Verfahren bietet, baut sich auf Erkenntnissen über das Umfangsfräsen auf. Es ist bekannt, daß beim Umfangsfräsen der Vorschub je Zahn wesentlich größer sein kann als die Spandicke. Das Verhältnis zwischen Vorschub und Spandicke wird als Kommafaktor bezeichnet und läßt sich durch die Formel

JtSS

darstellen, in der r den Radius des Messerkopfes und t die Schnittiefe bedeuten. Der Kommafaktor ist somit der Wurzel aus dem Radius des Messerkopfes direkt proportional und der Schnittiefe umgekehrt proportional: Je größer der Messerkopfradius bei gegebener Schnittiefe ist, desto größer wird der Kommafaktor und damit auch der erreichbare Vorschub. Aus konstruktiven Gründen ist dem Messerkopfdurchmesser eine obere Grenze gesetzt, die aber überstiegen werden kann, indem man den Radius der Spanform steigert, wozu das vorliegende Verfahren einen Weg weist. Wenn nämlich die die Schneide bildende Erzeugende des Kegelfräsers parallel zu der zu bearbeitenden Fläche steht und die Fräserachse mit der zu bearbeitenden Fläche einen Winkel einschließt, der sich der 90°-Grenze nähert, so bietet sich im Grundriß der Kreis, den das äußere Schneidenende beschreibt, als Ellipse dar, wie noch gezeigt wird. Dann geht der größere Krümmungsradius der Ellipse in die Berechnung ein, und man kommt leicht zu Kommafaktoren, die um ein Vielfaches größer sind als beim Umfangsfräsen erreichbar ist.

Es läßt sich zeigen, daß der Kommafaktor A: beim Fräsen mit stumpfkegeligen' Messerköpfen, deren Achse um den Winkel γ gegen die Normale auf die zu bearbeitende Fläche geneigt ist, zum Kommafaktor für das Umfangsfräsen in folgender Beziehung steht:

siny

In Ziffern läßt sich dieser Zusammenhang wie folgt ausdrücken:

0,5 0

sin γ

1,41 1,71 2,40 3,39 7,56 10,7 oo

Daraus ist klar zu erkennen, daß der erreichbare Vorschub beim Fräsen mit stumpfkegeligen Messerköpfen und gegen die Normale auf die zu bearbeitende Fläche geneigter Fräserachse um eine Größenordnung höher sein kann als der Vorschub beim Umfangsfräsen, denn, wie zuvor dargelegt, bildet der Kommafaktor ein Maß für den erreichbaren Vorschub.

Diese Erkenntnis eröffnet zunächst den Weg, Vorschübe bekannter Größe mit einfacheren Werkzeugen zu erzielen. Wenn ein Messerkopf zum Umfangsfräsen für einen bestimmten Durchmesser 10 Schneiden besitzt, dann läßt sich aus der oben angeführten Tabelle ablesen, daß man nach dem vorliegenden Verfahren den gleichen Vorschub bei 7 = 5° leicht mit drei Schneiden erreicht. Andererseits kann der Vorschub etwa um eine Größenordnung gesteigert werden, wenn der Messerkopf dieselbe Zahl an Messern behält wie ein vergleichbarer Messerkopf zum Umfangsfräsen.

Eine wichtige Ergänzung, die ebenfalls zu höheren

ίο Vorschüben führt, ist die bereits erwähnte Neigung der Schneiden zu einer Radialebene des Fräsers. Schon kleine Neigungen (etwa 15°) ergeben den Vorteil des ziehenden Schnittes, allerdings noch ohne Vorschubsteigerung. Man wird diese Beschränkung vornehmen, wenn die zu bearbeitende Fläche annähernd eben bleiben soll. Mit zunehmender Schwen-• kung tritt nämlich eine leichte Wölbung der zu bearbeitenden Fläche auf; im Schnitt zeigt sich ein Profil, das einem weit außen liegenden Teil eines Hyperbelastes entnommen sein kann. Je stärker die Schneiden zu einer Radialebene geschwenkt sind, desto mehr rückt das erzielte Profil aus einem weit außen liegenden Bereich einer Hyperbel gegen ihren Scheitel. Somit kann durch Wahl des Schwenkwinkeis ein gekrümmtes Profil gefräst werden, das einem wählbaren Ausschnitt aus einem Hyperbelast entspricht.

Es sind Fräser bekannt, deren Schneiden die Achse des Fräsers kreuzen, d. h. ein Rotationshyperboloid beschreiben, also einen Körper, der im Bereich der Einschnürung mit großer Annäherung Teil einer . Kreiswulstfläche ist.

Während jedoch diese bekannten Fräser Umfangsfräser sind, verwendet man im vorliegenden Fall einen Fräser, der eher ein Planfräser ist, insofern nämlich, als γ klein, der Scheitelwinkel des Kegels daher nur wenig von 180° abweicht. Mit den bekannten Vorschlägen arbeitet man im Scheitelbereich der Hyperbel, nach dem vorliegenden Verfahren allein in einem vom Scheitel entfernten Bereich des Hyper-■ belastes. Insofern erlaubt es das vorliegende Verfahren auch gekrümmt Profile unter Verwendung gerader Schneiden zu fräsen, jedoch mit wesentlich größerem Vorschub als bisher.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, daß sich das Verfahren auf dem (an sich bekannten) Gleichlauffräsen aufbaut. Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen ermöglichen allein schon Vorschübe, die um eine Größenordnung höher liegen, als bisher erreichbar gewesen ist. Die Erfindung bietet, wenn im Gleichlauf gefräst wird, die Möglichkeit zu extrem großen Vorschüben, die theoretisch überhaupt keine obere Grenze haben und praktisch allen bekannten Schweißgeschwindigkeiten voreilen.

Diese Zusammenhänge sind aus der folgenden Formel ableitbar:

- V_b,

worin bedeutet: K₍,_tf die effektive Schnittgeschwindigkeit in bezug auf das sich vorschiebende Werkstück, V₁₁ die absolute Umfangsgeschwindigkeit im Bereich des Eingriffspunktes mit dem kleinsten Flugkreisdurchmesser und V_b der absolute Werkstückvorschub, alles je Zeiteinheit. Man erkennt, daß das vorliegende Verfahren theoretisch überhaupt keine Grenze für den Bandvorschub (und damit für den Fräsvorschub) setzt, auch wenn man von einer gege-

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benen Schnittgeschwindigkeit. ausgeht. Schreibt man 2 φ = 2-45°. Würde man diese Aufgabe durch Umdie Formel anders: fangsfräsen lösen, so würde man einen Korama- y __ τ/ _cos _ y faktor k '== 8,6 errechnen. Nach dem neuen Verfah- ^b " ^etf' ren erhält man jedoch einen Kommafaktor k = 39, er so ist ersichtlich, daß man lediglich bei gegebener 5 ist rund 4,5mal so groß. Schreitet man in der Recheffektiver Schnittgeschwindigkeit die Umfangs- nung weiter und wählt die absolute Schnittgeschwingeschwindigkeit des Messerkopfes beliebig hoch wäh- digkeit im Raum mit 350 m/Min, und geht man von len kann, um entsprechend hohe Bandvorschübe zu einem Schneidenabstand von 50 mm aus, so errecherzielen. Es gibt also theoretisch keine Grenze für net sich eine Frequenz von 7000MIn."¹. Mit einer den Bandvorschub (und damit für den Fräsvor- io Spandicke von 0,5 und radialen Schneiden erhält schub), auch wenn man von einer gegebenen Schnitt- , man bereits einen Vorschub von 134000 mm/Min, geschwindigkeit ausgeht, die durchaus im Rahmen .Die effektive Schnittgeschwindigkeit, das ist die erprobter Werte bleiben kann. Man muß nur die Um- Schnittgeschwindigkeit gegenüber dem sich vorschiefangsgeschwihdigkeit des Messerkopfes (und damit benden Band, beträgt jedoch 350 —101 = 249 m/Min, seine Drehzahl), um den gleichen absoluten Betrag 15 Das ist ein Wert, der für Bleche von niedrigem Kohwachsen lassen wie den Bandvorschub. lenstoffgehalt zulässig ist und kein Wagnis gegenüber

Die (wählbare) Drehzahl des Messerkopfes wird dem Bekannten darstellt. Durch Schwenkung der

immer überholend sein. Damit ist ein spanabheben- Schneiden würde sich dieser Wert noch erhöhen

des Bearbeitungsverfahren gewonnen, bei dem der lassen. Fräsvorschübe auch von 200 m/Min, und

Werkstückvorschub weit über die Schnittgeschwindig- so mehr sind ohne weiteres erreichbar, sofern an den

keit hinaus gesteigert werden kann; theoretisch un- maschinellen Anlagen die Voraussetzungen geschaf-

begrenzt, praktisch nur noch durch konstruktive Er- fen werden können.

fordernisse des Aufbaues der Werkzeugspindel und Die Länge der Schneiden, die auf dem Kegelmantel

des Werkzeuges sowie die wirtschaftlich vertretbare sitzen, richten sich nach dem gewählten Öffnungs-

Antriebsleistung. 35 winkel 2 φ und dem Messerkopfdurchmesser. Lange

Die schematischen Zeichnungen zeigen in Auf-, mit Hartmetall bestückte Schneiden sind schwierig Grund- und Kreuzriß das Besäumen eines Blech- herzustellen. Doch bietet sich der Weg, die Schneibandes mit einem Messerkopf, dessen Schneiden an- den in mehrere Abschnitte zu unterteilen und sie so nähernd auf einer Kegelfläche verlaufen. Dargestellt auf dem Messerkopfkörper zu versetzen, daß sich ist nur jener Teil des Messerkopfes, der die Schnei- 30 mehrteilige Messer aus radial gestaffelten Teilmessern den trägt. In der dargestellten Form fräst der Messer- ergeben.

kopf eine ebene Stirnfläche, sofern die Schneiden Beim Fräsen gekrümmter Profile, die sich aus zwei Kegelerzeugende sind und praktisch ebene Stirn- oder mehreren Bögen zusammensetzen, die jeweils flächen, sofern die Schneiden die erwähnte Neigung anderen Krümmungsradius haben, kann es zweckbesitzen. 35 mäßig sein, den Schnitt auf zwei Messerköpfe aufzu-

Ausführungsbeispiel: Es soll ein Blechband auf teilen, jeder von einer eigenen Fräseinheit angetrie-

eine Tiefe von 1 mm besäumt werden. Der Messer- ben, deren Kegelwinkel dem jeweils vorgeschriebenen

kopf soll 300 mm Durchmesser erhalten, der Nei- Krümmungsradius angepaßt sind, wobei die einzel-

gungswinkel γ = 2° betragen, der öffnungswinkel nen Äste stetig ineinander übergehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Fräsen langgestreckter Flächen,. insbesondere der Seitenflächen fortlaufender Metallbänder, oder von langen Stäben, mit einem kegelstumpfförmigen, wenigstens eine nach einer Kegelerzeugenden verlaufende Schneide aufweisenden Fräser, dessen Achse in bezug auf die zu bearbeitende Fläche in einer zur Längsrichtung der Fläche rechtwinklig verlaufenden Normalebene so geschwenkt ist, daß sie mit der Fläche einen dem halben Kegelscheitelwinkel des Fräsers entsprechenden Winkel einschließt, wobei der Fräser im Gleichlauf unter Vorbeiführen des Werkstücks am Fräser arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des Fräsers gleich oder größer als 170° ist und daß. die Schneide bzw. Schneiden im Vegieich zur Breite der zu bearbeitenden Fläche lang ist bzw. sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide bzw. Schneiden des Fräsers in an sich bekannter Weise gegen eine durch die Fräserachse gehende Ebene um einen vergleichsweise kleinen Winkel verschwenkt ist bzw. sind.