DE19934125A1 - Zerspanungswerkzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere einen Fräsmesserkopf, der aus einem Werkzeuggrundkörper mit mindestens einem Plattensitz zur Aufnahme für einen Schneideinsatz oder mehreren Aufnahmen für Kassetten, in denen jeweils ein Schneideinsatz befestigt ist, besteht. DOLLAR A Insbesondere zur Minimierung der Gesamtmasse wird vorgeschlagen, daß der Werkzeuggrundkörper ein aus mehreren Teilen (10, 15) aus verschiedenen Materialien bestehender Verbundkörper ist, bei dem die Plattensitze oder die Aufnahmen für die Kassetten aufweisenden Teile (10) aus Stahl oder einer Leichtmetallegierung bestehen und die übrigen Teile (15) aus einem Hartkunststoff bestehen, der vorzugsweise durch Fasern ganz oder teilweise verstärkt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere einen Fräsmesserkopf, der aus einem Werkzeuggrundkörper mit mindestens einem Plattensitz zur Aufnahme für einen Schneidein­ satz oder mehreren Aufnahmen für Kassetten, in denen jeweils ein Schneideinsatz befestigt ist, besteht.

Solche Zerspanungswerkzeuge werden als rotierende Werkzeuge auf Maschinenspindeln befestigt. Eine Verkürzung der Bearbeitungs­ zeit und eine damit einhergehende Minimierung der Prozeßkosten läßt sich durch eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Zerspanungswerkzeuge erreichen, wobei hohe Spindeldrehzahlen bis ca. 25000 U/min angestrebt werden. Die nach dem Stand der Technikverwendeten Werkzeuggrundkörper aus Stahl besitzen eine relativ große Masse, die zur Zerspanung auf die gewünschte Drehzahl beschleunigt und nach Beendigung der Zerspanungsbear­ beitung wieder abgebremst werden muß. Um die Hochlauf- und Abbremszeiten zu minimieren, ist es bekannt, Werkzeuggrundkör­ per aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen zu verwenden, die ein wesentlich geringeres Massenträgheitsmoment haben. Die geringere Zerspanungswerkzeugmasse ist auch beim automatischen oder manuellen Werkzeugwechsel vorteilhaft.

Andererseits ist bei rotierend arbeitenden Zerspanungswerkzeuge zur berücksichtigen, daß die Fliehkräfte mit der Umdrehungszahl quadratisch ansteigen, weshalb es erforderlich ist, daß zum Schutz von Bediener und Maschine verwendete Zerspanungswerk­ zeugteile sich weder verformen noch lösen dürfen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Zerspanungswerkzeug dahingehend weiterzuentwickeln, daß dessen Gesamtmasse gegenüber nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen minimiert wird, wobei das Zerspa­ nungswerkzeug die bei hohen Umdrehungszahlen notwendige Sicher­ heit gegen ein Verformen oder Lösen von Teilen des Zerspanungs­ werkzeuges, insbesondere von verwendeten Schneideinsätzen bie­ tet.

Diese Aufgabe wird durch das Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Werkzeuggrundkörper ein aus mehreren Teilen aus verschiedenen Materialien bestehender Verbundkörper ist, bei dem die Plattensitze oder die Aufnahmen für die Kassetten auf­ weisenden Teile aus Stahl oder einer Leichtmetall-Legierung bestehen und die übrigen Teile aus einem Hartkunststoff, der vorzugsweise durch Fasern verstärkt ist. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß nur ein Teil des Zer­ spanungswerkzeuges, nämlich derjenige, der hohen Kräften durch die Zerspanung selbst oder durch die Umdrehungsgeschwindigkeit ausgesetzt ist, aus Stahl oder einer Leichtmetallegierung zu fertigen, wohingegen die übrigen Teile, die nicht mit einer Kassette oder einem Schneideinsatz in Anlage sind, aus einem wesentlich leichteren Material bestehen, dessen Festigkeit für eine ausreichende verformungssichere Befestigung an der Maschi­ nenspindel ausreicht. Der Hartkunststoff kann ganz oder teil­ weise faserverstärkt sein, wobei beispielsweise eine ausgehär­ teter Kunststoff als Füllstoff und Laminatplatten oder harzge­ tränkte, ausgehärtete Faserstränge die äußere Form des Zerspa­ nungswerkzeuges bestimmen. Das genannte Grundgerüst aus Metall, in dem auswechselbare Schneideinsätze oder Kassetten befestigt sind, enthält vorzugsweise auch alle wesentlichen Elemente zur Befestigung an der Maschinenspindel und zur Drehmomentübertra­ gung. Der ganz oder teilweise mit hochfesten Fasern verstärkte Kunststoff des Zerspanungswerkzeuges besitzt eine für die Auf­ nahme der Fliehkräfte ausreichende Zugfestigkeit, so daß sich insgesamt ein Werkzeuggrundkörper (Werkzeugträger) mit ausrei­ chender Stabilität ergibt. Der Vorteil dieses Zerspanungswerk­ zeuges liegt in der wegen des geringeren spezifischen Gewichtes der Nichtmetall-Elemente (Kunststoffe, Fasern) geringeren Gesamtmasse, welche insbesondere die Nebenzeit beim Beschleuni­ gen und Abbremsen des Zerspanungswerkzeuges und beim Werkzeug­ wechsel erheblich verkürzen läßt.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.

Als Hartkunststoff wird vorzugsweise ein duroplastischer Kunst­ stoff gewählt, der aus gespritztem oder geschäumtem Hartstoff bestehen kann. Vorzugsweise ist dieser Kunststoff faserver­ stärkt, wobei die faserverstärkten Teile durch Laminieren, Faserhartspritzen, Formpressen, Spritzpressen, Spritzgießen oder auch Naßwickeln hergestellt werden können. Die die Plat­ tensitze oder Kassetten aufnehmenden Teile bestehen vorzugs­ weise aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere aus Alumi­ nium oder einer Aluminiumlegierung.

Nach einer besonderen Ausführungsform ist das Werkzeug als meh­ rere Schneideinsätze aufweisender Messerkopf ausgebildet, des­ sen alle Plattensitze oder alle Aufnahmen für Kassetten aufwei­ sendes Teil als Ring ausgebildet ist, der mit harzgetränkten ausgehärteten Fasern umwickelt ist. Soweit dieser Ring nicht die Bohrungen bzw. Gewindebohrungen für Schraubbefestigungen zur Fixierung des Werkzeuges an der Spindel aufweist, sind nach einer Weiterbildung der Erfindung in dem ggf. faserverstärkten Kunststoff eingebrachte Bohrungen mit einer Metallhülse ausge­ kleidet, um deren Außenmantel der Kunststoff gespritzt oder harzgetränkte ausgehärtete Fasern oder Matten gewickelt sind. Als aushärtbares Harz kann ein Polyester oder Epoxidharz ver­ wendet werden.

Die letztgenannte Ausführungsform besitzt den Vorteil, daß der verwendete Ring als Einheit die beim Zerspanen auftretenden Schnittkräfte, die über die Schneideinsätze auf den Plattensitz bzw. die Kassetten übertragen werden, aufnehmen kann. Ebenso trägt dieser Ring vorzugsweise etwaige Verstell- und/oder Klemmkeile sowie Befestigungsschrauben für die Schneideinsätze, die vorzugsweise als auswechselbare Wendeschneidplatten ausge­ bildet sind.

Vorzugsweise ist das Zerspanungswerkzeug als Fräsmesserkopf ausgebildet, der zum Hochgeschwindigkeitsfräsen zum Einsatz kommt. Die verwendeten Schneideinsätze können aus den grund­ sätzlich nach dem Stand der Technik bekannten Materialien, näm­ lich Hartmetall, PKD, CBN oder Keramik mit und ohne Beschich­ tung in den jeweils geeigneten Formgestaltungen bestehen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Fräsmesserkopf in einer Schnittansicht und

Fig. 2 eine 3D-Skizze eines Metallringes mit Platten­ sitzen.

Rotierend arbeitende Zerspanungswerkzeuge, insbesondere Fräs­ werkzeuge sind nach dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So gehören insbesondere Fräser zum Plan- oder Eckfrä­ sen, Schruppen oder Schlichten unterschiedlicher Durchmesser zum Stand der Technik, die stirnseitig und/oder mantelseitig mit entsprechenden Wendeschneidplatten bestückt sind. Die Fräs­ werkzeuge können mit oder ohne Verstelleinrichtungen für die Schneideinsätze bzw. deren Lage ausgestattet sein. Das in Fig. 1 dargestellte Zerspanungswerkzeug ist mehrteilig zu einem einheitlichen Werkzeugkörper zusammengesetzt, wobei das in Fig. 1 dargestellte Zerspanungswerkzeug einen aus Leichtmetall bestehenden Ring 10 als Grundgerüst mit Plattensitzen für die Aufnahme von Schneidwerkzeugen 11 sowie der vorhandenen Befe­ stigungs- und Verstelleinrichtungen 19 aufweist. Der in einer 3D-Ansicht dargestellte Ring 10 bildet an der ringförmigen Stirnseite 12 und über einen Teil des Mantels 13 in radialer Erstreckung den Werkzeugkörper. Der Ring 10 steht mit seinem Außenmantel 13 geringfügig über den Außenmantel 14 über, der durch den Teil 15 gebildet wird, der mit dem Ring 10 zu einem Werkzeugkörper verbunden ist. Dieser Teil 15 bildet auch die hintere Stirnwand 16 und besitzt Bohrungen 17 zur Aufnahme von Befestigungsschrauben, die (teilweise) als innenmantelseitige Ausnehmung sich in den Ring 10 erstrecken. Diese Bohrungen 17 sind mit einer Metallhülse 18 (vgl. Fig. 2) ausgekleidet, um ein Ausbrechen der Schraubbefestigung zu verhindern. Der Teil 15 besteht erfindungsgemäß aus einem wesentlich leichteren Material, insbesondere aus Faser-, Matrix- und Schaumwerkstoff. Hierbei sind sowohl solche Ausführungsformen eingeschlossen, bei denen der Teil 15 einheitlich aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht als auch solche Ausführungsformen, bei denen faserverstärkte Kunststoffe den äußeren Rahmen bilden und Volu­ menbereiche umschließen, die lediglich aus Kunststoff bestehen.

Fig. 2 zeigt eine 3D-Darstellung des Metallringes 10 (ohne Schneideinsätze), aus der ersichtlich ist, daß die Plattensitze für die Schneideinsätze sowie die Verstelleinrichtungen mit diesem Ring (in nach dem Stand der Technik üblicher Weise) befestigt werden. Der Ring 10 wird außerhalb seiner Stirnflä­ che 12 und der Mantelfläche 13, nämlich an der konischen Man­ telfläche 20 sowie bodenseitig (siehe Fläche 21 in Fig. 1) mit harzgetränktem Kohlenstoffasern umwickelt, die schließlich den Teil 15 bilden. Ebenso werden die verwendeten Hülsen 18 ihrer­ seits mit einem harzgetränkten Kohlenstoffasermaterial umwickelt, so daß im Bereich der Bohrungen 17 vorhandene Ver­ bindungselement nicht ausbrechen können, wie dies bei einer Anlage an einem Faserverbund-Kunststoff der Fall wäre.

Claims (7)

1. Zerspanungswerkzeug, insbesondere Fräsmesserkopf, beste­ hend aus einem Werkzeuggrundkörper mit mindestens einem Plattensitz zur Aufnahme für einen Schneideinsatz (11) oder mehreren Aufnahmen für Kassetten, in denen jeweils ein Schneideinsatz befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeuggrundkörper ein aus mehreren Teilen (10, 15) aus verschiedenen Materialien bestehender Verbundkör­ per ist, bei dem die Plattensitze oder die Aufnahmen für die Kassetten aufweisenden Teile (10) aus Stahl oder einer Leichtmetallegierung bestehen und die übrigen Teile (15) aus einem Hartkunststoff bestehen, der vorzugsweise durch Fasern ganz oder teilweise verstärkt ist.

2. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeich­ net, daß der Hartkunststoff ein duroplastischer Kunststoff ist.

3. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Teile (15) aus einem koh­ lefaserverstärktem Kunststoff bestehen.

4. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Plattensitze oder Kas­ setten aufnehmenden Teile (10) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.

5. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als mehrere Schneideinsätze aufweisender Messerkopf ausgebildet ist, dessen alle Plattensitze oder alle Aufnahmen für Kassetten aufweisendes Teil als Ring (10) ausgebildet ist, der mit harzgetränkten ausgehärteten Fasern umwickelt ist.

6. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ggf. faserverstärktem Kunststoff eingebrachte Bohrungen (17) mit einer Metall­ hülse (18) ausgekleidet sind, um deren Außenmantel der Kunststoff gespritzt oder harzgetränkte ausgehärtete Fasern gewickelt sind.

7. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgehärtete Harz ein Polyester- oder Epoxidharz ist.