DE19720412A1 - Zweischneidiger, mit einer einzelnen Schneidplatte versehener Fräser erhöhter Festigkeit und Genauigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen zweischneidigen Fräser, der durch einen Fräserkörper und eine einzelne Schneidplatte gebildet wird.

Ein solcher Fräser gehört zu der Gruppe von Fräsern, die meistens mit einem Aufnahmeschaft, versehen sind, wobei die Schneidplatte in einer Querausnehmung des Fräserkörpers aufgenommen ist, um mit ihren Seiten von zwei diametral abgewandten Seiten des Körpers sowie axial vorzustehen. Die zwei vorstehenden Seiten bilden die Schneiden. Die Schneidplatte kann unterschiedliche Form aufweisen, insbesondere kann sie zu der Achse des Fräsers nahezu parallele Schneiden aufweisen, oder sie kann bei weiter verbreiteten Exemplaren eine teilweise sphärische Form besitzen.

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich zur Vereinfachung nur auf den teilweise kreisförmigen Typ, wobei der Fräser mit einer solchen Schneidplatte in der Praxis auch als "sphärisch" bezeichnet wird, aber auch Schneidplatten anderer Form einbezogen sind. Im allgemeinen kön­ nen derartige Fräser auch mit Axialvorschub fräsen und werden dement­ sprechend als "Bohrfräser" bezeichnet; Anwendung finden sie auch beim Fräsen freier Formen (Kopierfräsen).

In Fig. 6 der Zeichnungen ist schematisch ein Fräsertyp entsprechend dem Stand der Technik und gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dargestellt. In Fig. 6 erkennt man einen Fräserkörper 10 und eine zwei­ schneidige Schneidplatte 11. In dem Fräserkörper ist eine Ausnehmung 12 ausgebildet, die zwei einander gegenüberstehende Seitenwände 13 und 14 zur Aufnahme der Schneidplatte 11 besitzt, die eine Bohrung 15 zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 16 aufweist.

In der einen Wand 13 der Ausnehmung 12 befindet sich eine Durch­ gangsbohrung 13' für den Kopf der Befestigungsschraube 16, während sich in der anderen Wand 14 eine Gewindebohrung 14' befindet, in die die Befestigungsschraube 16 eingeschraubt ist. Die Schneidplatte 11 besitzt ihrerseits einen axialen Rücken 11', der an einer Bodenwand 12' der Ausnehmung 12 für die Schneidplatte anliegt.

Der Rücken 11' der Schneidplatte und der Boden 12' der Ausnehmung sind in einigen Fällen mit Ausgestaltungen versehen, die unterschiedli­ cher Natur sein können und den Zweck haben, die Schneidplatte in Bezug auf die Achse des Fräsers zu zentrieren. Größtenteils jedoch wird die Zentrierung erreicht durch eine perfekte zylindrische Ausrichtung zwischen der Befestigungsschraube 13 und der Bohrung 15 der Schneid­ platte, wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist.

Zur Vorbereitung des Fräsers wird die Schneidplatte in die Ausnehmung eingeführt; die Schraube wird in die Bohrung innerhalb der ersten Wand eingeführt, dann durch die Bohrung in der Schneidplatte selbst, und sie wird in die Gewindebohrung der anderen Wand eingeschraubt. Durch Anziehen der Schraube bis zum Anschlag werden die zwei parallelen Wände der Ausnehmung nach Art einer Zange zusammengedrückt und verriegeln dabei die Schneidplatte. Das oben beschriebene System ent­ sprechend dem Stand der Technik hat umfangreiche Verbreitung gefun­ den, allerdings hat sein Gebrauch einige Unzulänglichkeiten gezeigt.

Eine Unzulänglichkeit liegt in dem Umstand, daß bei dem Einklemmen der Schneidplatte zum Durchbiegen der Wände 13 und 14 der Ausnehmung 12 ein Teil der Kraft verbraucht wird, die von der Schrau­ be 16 durch das auf die Schraube aufgebrachte Drehmoment (Kräftepaar) entwickelt wird. Die Folge ist, daß die zum Halten der Schneidplatte effektiv verfügbare Kraft häufig unzureichend ist, um eine Befestigung zu gewährleisten, die für die Schneidplatte erforderlich ist, damit diese während des Einsatzes nicht instabil ist.

Eine andere Unzulänglichkeit ergibt sich aus dem Umstand, daß die Wände 13 und 14 der Ausnehmung, die theoretisch symmetrisch sein sollten, dies in der Praxis aber kaum sind, bedingt durch Fertigungs- Toleranzen, die Nicht-Homogenität des Werkstoffs, unterschiedliche Gestalt (die eine Wand enthält die Durchgangsbohrung und die Vertie­ fung für den Schraubenkopf, die andere Wand enthält die Gewinde­ bohrung), wodurch die Wände verschiedene Biegefestigkeiten besitzen, denen zufolge das Ausmaß der Durchbiegung der beiden Wände nicht gleichmäßig ist, was eine Dezentrierung der Schneidplatte hervorrufen kann, wodurch die Möglichkeit verlorengeht, mit axialem Vorschub zu fräsen.

Eine weitere Unzulänglichkeit ergibt sich aus dem Umstand, daß wäh­ rend des Werkzeugeinsatzes das auf den Fräser, mithin auf die Schneid­ platte einwirkende Widerstandsmoment Ursache dafür sein kann, daß die Wände der die Schneidplatte aufnehmenden Ausnehmung aufgespreizt werden, wodurch die Schneidplatte instabil wird, was zur Folge hat, daß man den Fräser bei einer gegebenenfalls stattfindenden Aufspreizung nicht mehr einsetzen kann.

Die vorliegende Erfindung sucht die oben erläuterten Probleme zu lösen und einen Fräser erhöhter Festigkeit und Zuverlässigkeit zu schaffen, also einen Fräser, der im Gebrauch höhere Präzision und gesteigerte Leistung aufweist.

Zu diesem Zweck schafft die im folgenden detailliert beschriebene Erfin­ dung einen zweischneidigen Fräser mit Einzelschneidplatte, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die zwei einander gegenüberliegenden Wände der Ausnehmung des Fräserkörpers zur Aufnahme der Schneid­ platte derart ausgebildet sind, daß eine Wand im wesentlichen starr ist und eine Bezugsfläche für die Lage der Schneidplatte bildet, während die andere Wand nachgiebig mit einer Querausnehmung ausgebildet ist, die außen auf dieser Wand oberhalb der Befestigungsschraube ausgenom­ men ist und sich zum Inneren hin erstreckt, um die Dicke des restlichen vollen Querschnitts zu verringern, ohne die Breite zu verkleinern.

Von den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Teil-Schnittansicht entsprechend den Pfeilen IV-IV in Fig. 2;

Fig. 2 und 3 den erfindungsgemäßen Fräser bei Betrachtung von zwei entgegengesetzten Seiten;

Fig. 1a eine Detailansicht einer Schneidscheibe mit abgewinkeltem Rücken gemäß Fig. 1;

Fig. 4 und 5 zwei abgewandelte Ausführungsformen für die Ver­ bindung zwischen dem Schneidscheiben-Rücken und dem Boden der Ausnehmung, und

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht eines zum Stand der Technik gehörigen Fräsers.

In den Fig. 1-3 ist der erfindungsgemäße Fräser dargestellt. Diejenigen Elemente oder Teile, die den entsprechenden Elementen und Teilen des in Fig. 6 dargestellten bekannten Fräsers entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dementsprechend besitzt der erfindungsgemäße Fräser einen Fräserkörper 10 mit einer Ausnehmung 12, die durch zwei einander gegenüberliegende Wände 13 und 14 gebildet wird und zur Aufnahme einer Schneidplatte dient.

Diese Schneidplatte besitzt eine Bohrung 15, die von einer Befestigungs­ schraube 16 durchsetzt wird, deren Schraubenkopf in einer in der einen Wand 13 der Ausnehmung ausgebildeten Ausnehmung 13' aufgenommen wird, und deren Gewindeschaft in eine Gewindebohrung 14' der gegen­ überliegenden Wand 14 eingeschraubt ist.

Der Rücken 11' der Schneidplatte und der Boden 12' der Ausnehmung haben komplementäre Ausgestaltung, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Erfindungsgemäß ist die eine Wand 14 der Ausnehmung 12 äußerst starr und biegesteif und soll im folgenden als "starre Wand" bezeichnet wer­ den. Diese starre Wand bildet eine stabile Bezugs- und Anlagefläche zum Positionieren und zur Einstellung der Schneidscheibe. Die gegen­ überliegende Wand 13 ist stark flexibel und wird im folgenden als "ela­ stische Wand" oder "nachgiebige Wand" bezeichnet. Sie befindet sich vorzugsweise auf der Seite des Schraubenkopfs der Befestigungsschraube 16. Die elastische Wand 13 ist derart ausgebildet, daß sie in ihrer Außenfläche oberhalb der Befestigungsschraube 16 eine Elastizi­ täts-Ausnehmung 17 aufweist, welche sich in einer Ebene befindet, die quer zu der Längsachse des Fräserkörpers verläuft und bis zu einer solchen Tiefe in diese Wand in Richtung der Ausnehmung 12 eindringt, daß eine Zone mit vollem Querschnitt 18 stehenbleibt, die im wesentlichen breit und dünn ist, wie es insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist.

Das Vorhandensein einer solchen elastischen Wand 13 löst das oben angesprochene Problem des Verlusts der Kraft, die zum Halten der Schneidscheibe 11 durch die Befestigungsschraube 16 benötigt wird. Außerdem wird die Elastizität der so gebildeten elastischen Wand 13 erreicht, ohne den Torsionswiderstand eben dieser Wand zu beeinträch­ tigen.

Tatsächlich erhöht eine solche Anordnung der Elastizitätsausnehmung 17 innerhalb der Wand 13 im Unterschied zu einer inneren "Bohrung" der Ausnehmung, wie sie in der Praxis häufig eingesetzt wird, um Flexibi­ lität zu erreichen, den Elastizitätsmodul für den Torsionswiderstand W und minimiert denjenigen des Biegewiderstands J.

Daraus ergeben sich ein geringer Biegewiderstand und mithin ein gerin­ ger Verlust der Nutzkraft und eine erhöhte Torsionssteifigkeit, was zur Stabilität der Schneidplatte beiträgt.

Die Erfindung löst also das Problem der Lagegenauigkeit der Schneid­ scheibe 11 nicht nur mit Hilfe der Steifigkeit der starren Wand 14, die als Bezugswand fungiert, welche sich weder spannt noch verrückt, son­ dern gespannt wird im wesentlichen nur die elastische Wand 13 im Beisein einer rückseitigen Nut-Feder-Verbindung zwischen der Ausneh­ mung und der Schneidscheibe, nämlich zwischen dem Boden 12' der Ausnehmung und dem Rücken 11' der Schneidscheibe. Eine derartige Nut-Feder-Verbindung löst gleichzeitig das Problem der Aufspreizung der Ausnehmung, wenn der Fräser im Gebrauch beträchtlichen Torsions­ momenten ausgesetzt ist.

Die Vernutung kann gemäß Fig. 4 und 5 mit parallelen Ebenen ausgebil­ det sein, wonach der hintere Teil des Rückens 11' der Schneidscheibe prismatisch oder abgestuft ausgebildet ist, begrenzt von parallelen Ebe­ nen entsprechend einer Vertiefung im Boden 12' der Ausnehmung 12, wobei der prismatische Teil und die dazugehörige Vertiefung eine Breite besitzen, die etwas geringer ist als diejenige der Ausnehmung. Alternativ kann die Vernutung abgewinkelt ausgebildet sein, und zwar keilförmig, wie es in Fig. 1 und 1a dargestellt ist, wo der Rücken 11' der Schneid­ platte 11 eine schräge Ebene aufweist, die einen spitzen Winkel mit der Innenfläche der starren Wand 14 bildet.

Die erstere Lösung hat den Vorteil, daß das Drehmoment keine Kraftkomponenten hervorruft, die die Schneidplatte in axialer Richtung zu versetzen trachtet, verbunden allerdings mit dem Nachteil eines nicht vermeidbaren Spiels, sei es zum Zweck der Montage der Schneidschei­ be, sei es aufgrund von Fertigungstoleranzen. Ein derartiges Spiel kann Ursache sein für Schwingungen der Schneidplatte, die zwar klein aber dennoch schädlich sind.

Die zweite Lösung hat zumindest hypothetisch den Nachteil, daß das Drehmoment zu einer Kraftkomponente führt, die, wenn nicht weitere Faktoren hinzukommen, die Schneidplatte nach vorn verlagern könnte. Dennoch wird dieser hypothetische Nachteil wettgemacht durch den Umstand, daß im Gebrauch die axiale Rückstellkraft in entgegengesetzter Richtung wirkt und die Schneidplatte in die Nut hineindrückt. Hingegen hat die zweite Lösung den beträchtlichen Vorteil, daß die abgewinkelte Nut im Verein mit der axialen Rückstellkraft das Spiel zwischen der Schneidscheibe und dem Boden der Ausnehmung und auch zwischen der Grundfläche der Schneidscheibe und der starren Wand der Ausnehmung, gegen die sich die Schneidplatte legt, beseitigt.

Die Zentrierung der Schneidplatte bezüglich des Fräserkörpers wird gemäß Fig. 1 durch einen Stift 19 oder einen Vorsprung erreicht, der sich in der Ausnehmung erstreckt und in eine entsprechende Ausnehmung 20 im Rücken der Schneidplatte eingreift.

Die Verriegelung beim Betrieb der Schneidplatte erfolgt mittels der Querschraube 16, welche die Durchgangsbohrung 15 der Schneidplatte durchsetzt und die Schneidplatte zwischen der elastischen und der festen Wand zusammendrückt.

Claims (8)

1. Zweischneidiger Fräser mit Einzelschneidplatte, umfassend einen Fräserkörper (10) mit einer etwa axialen Ausnehmung (12), die von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden (13, 14) und einer Bodenwand (12') begrenzt wird, eine zweischneidige Schneidplatte (11), die in die Ausnehmung zentriert eingesetzt ist, um symme­ trisch von dem Fräserkörper auf einander diametral gegenüberlie­ genden Seiten und frontal überzustehen, und eine Querschraube (16) zum Verriegeln der Schneidplatte zwischen den einander gegenüber­ liegenden Wänden und der Bodenwand der Ausnehmung, dadurch gekennzeichnet, daß von den einander gegenüberliegenden Wänden der Ausnehmung des Fräserkörpers eine Wand (14) im wesentlichen starr ist und eine Bezugsfläche zur Positionierung der Schneidplatte (11) in der Ausnehmung bildet, während die andere Wand (13) mittels einer Elastizitätsvertiefung nachgiebig gemacht ist, die außen in dieser Wand oberhalb der Befestigungsschraube ausgenommen ist und sich zum Inneren hin erstreckt, um die Dicke des vollen Rest­ querschnitts (18) dieser Wand zu verringern, ohne deren Breite zu verkleinern.

2. Fräser nach Anspruch 1, bei dem die Elastizitätsvertiefung (17) in einer senkrecht zur Längsachse des Fräserkörpers verlaufenden Ebene liegt und der volle Restquerschnitt eine Breite aufweist, die größer als ihre Dicke ist.

3. Fräser nach Anspruch 1, bei dem die Bodenwand der Ausnehmung eine Vertiefung (12') zur vernuteten Aufnahme des Rückens (11') der Schneidplatte aufweist.

4. Fräser nach Anspruch 3, bei dem die Vertiefung (12') in der Bo­ denwand der Ausnehmung prismatisch mit parallelen Wänden und mit einer Breite, die geringer als die Breite der Ausnehmung ist, ausgestattet ist, und der Rücken (11') der Schneidplatte eine Ab­ stufung aufweist, die der Vertiefung entspricht.

5. Fräser nach Anspruch 3, beim dem die Vertiefung (12') in der Bodenwand der Ausnehmung abgewinkelt ist, und der Rücken (11') der Schneidplatte in entsprechender Weise abgewinkelt ist, wobei die abgewinkelte Vertiefung einen Winkel von weniger als 90° bezüglich der starren Wand der Ausnehmung bildet.

6. Fräser nach Anspruch 4 und 5, bei dem die Vertiefung (12') in der Bodenwand der Ausnehmung mit der starren Wand (14) fluchtet, und die Innenfläche der starren Wand verlängert ist, um eine Seite der Vertiefung zu bilden.

7. Fräser nach Anspruch 5, bei dem der Rücken der Schneidplatte teilweise oder vollständig abgerundet ist, um eine gewölbte Ober­ fläche mit einer zu den Wänden der Ausnehmung parallelen Achse zu bilden.

8. Fräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem Rücken der Schneidplatte eine Zentrierausnehmung (20) ausgebildet ist, in der ein Zentrierstift (19) sitzt, der in eine Aufnahmebohrung in dem Fräserkörper parallel zu der Befestigungsschraube sitzt.