DE19934125B4 - 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 Schneideinsatz oder mehreren Aufnahmen für Kassetten, in denen jeweils ein Schneideinsatz befestigt ist, besteht, wobei der Werkzeuggrundkörper ein aus mehreren Teilen aus verschiedenen Materialien bestehender Verbundkörper ist.
• Solche Zerspanungswerkzeuge werden als rotierende Werkzeuge auf Maschinenspindeln befestigt. Eine Verkürzung der Bearbeitungszeit 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 Technik verwendeten Werkzeuggrundkörper aus Stahl besitzen eine relativ große Masse, die zur Zerspanung auf die gewünschte Drehzahl beschleunigt und nach Beendigung der Zerspanungsbearbeitung wieder abgebremst werden muß. Um die Hochlauf- und Abbremszeiten zu minimieren, ist es bekannt, Werkzeuggrundkörper 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 Zerspanungswerkzeugteile sich weder verformen noch lösen dürfen.
• Die WO 97/23 322 offenbart einen Werkzeuggrundkörper, der aus mehreren Teilen aus verschiedenen Materialien besteht. Während der Schaft vorzugsweise aus Stahl und die Scheibe, welche die Plattensitze aufweist, aus Stahl, Titanium oder einem anderen Metall bestehen sollen, wird für die Ummantelung der Scheibe ein faserverstärkter Kunststoff vorgeschlagen.
• Die DE 18 76 826 beschreibt einen Walzfräser mit Schneidleisten aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall, die in einen Grundkörper aus einem Werkstoff geringerer Festigkeit eingebettet sind. Der Grundkörper besteht aus einem gießbaren härtenden Kunststoff mit geringer Schwindung und gutem Haftvermögen an Metallen, z. B. einem Epoxyd-Gießharz, mit verstärkten Füllstoffen (Glasfasern, Metallspänen oder dergleichen).
• Die DE 298 15 289 U1 betrifft einen Plan- oder Eckfräser mit einem Trägerkörper, der an seinem Umfang in gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilten Abständen Taschen aufweist, die sich parallel zur Drehachse des Trägerkörpers erstrecken für die Aufnahme von Kassetten, die ihrerseits Sitzflächen für die Aufnahme von Schneidplatten aufweisen. Ferner besitzt der Fräser eine Befestigungsvorrichtung für die Schneidplatten in einer Kassette, eine Klemmschraube, die durch eine annähernd radiale Bohrung der Kassette hindurchführbar und in eine Gewindebohrung im Boden der Tasche einschraubbar ist. Hiermit wird die Kassette in den Taschen festgelegt.
• Der Trägerkörper soll aus einer Leichtmetalllegierung geformt sein. Im Boden der Taschen ist eine Bohrung vorgesehen, in die ein Gewindeeinsatz für eine Klemmschraube eingepresst ist. Der Trägerkörper besteht aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus Magnesium.
• 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 Zerspanungswerkzeug die bei hohen Umdrehungszahlen notwendige Sicherheit gegen ein Verformen oder Lösen von Teilen des Zerspanungswerkzeuges, insbesondere von verwendeten Schneideinsätzen bietet.
• Diese Aufgabe wird durch das Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Plattensitze oder die Aufnahmen für die Kassetten aufweisenden Teile aus Stahl oder einer Leichtmetall-Legierung bestehen und als Ring ausgebildet ist, der mit harzgetränkten ausgehärteten Fasern umwickelt ist. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß nur ein Teil des Zerspanungswerkzeuges, 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 Maschinenspindel ausreicht. Der Hartkunststoff kann ganz oder teilweise faserverstärkt sein, wobei beispielsweise eine ausgehärteter Kunststoff als Füllstoff und Laminatplatten oder harzgetränkte, ausgehärtete Faserstränge die äußere Form des Zerspanungswerkzeuges 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 Drehmomentübertragung. Der ganz oder teilweise mit hochfesten Fasern verstärkte Kunststoff des Zerspanungswerkzeuges besitzt eine für die Aufnahme der Fliehkräfte ausreichende Zugfestigkeit, so daß sich insgesamt ein Werkzeuggrundkörper (Werkzeugträger) mit ausreichender Stabilität ergibt. Der Vorteil dieses Zerspanungswerkzeuges liegt in der wegen des geringeren spezifischen Gewichtes der Nichtmetall-Elemente (Kunststoffe, Fasern) geringeren Gesamtmasse, welche insbesondere die Nebenzeit beim Beschleunigen und Abbremsen des Zerspanungswerkzeuges und beim Werkzeugwechsel erheblich verkürzen läßt.
• Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Als Hartkunststoff wird vorzugsweise ein duroplastischer Kunststoff gewählt, der aus gespritztem oder geschäumtem Hartstoff bestehen kann. Vorzugsweise ist dieser Kunststoff faserverstärkt, wobei die faserverstärkten Teile durch Laminieren, Faserhartspritzen, Formpressen, Spritzpressen, Spritzgießen oder auch Naßwickeln hergestellt werden können. Die die Plattensitze oder Kassetten aufnehmenden Teile bestehen vorzugsweise aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
• Soweit der Ring aus Stahl oder einer Leichtmetalllegierung 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 ausgekleidet, um deren Außenmantel der Kunststoff gespritzt oder harzgetränkte ausgehärtete Fasern oder Matten gewickelt sind. Als aushärtbares Harz kann ein Polyester oder Epoxidharz verwendet 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 ausgebildet sind.
• Vorzugsweise ist das Zerspanungswerkzeug als Fräsmesserkopf ausgebildet, der zum Hochgeschwindigkeitsfräsen zum Einsatz kommt. Die verwendeten Schneideinsätze können aus den grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannten Materialien, nämlich Hartmetall, PKD, CBN oder Keramik mit und ohne Beschichtung in den jeweils geeigneten Formgestaltungen bestehen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
• 1 einen Fräsmesserkopf in einer Schnittansicht und
• 2 eine 3D-Skizze eines Metallringes mit Plattensitzen.
• Rotierend arbeitende Zerspanungswerkzeuge, insbesondere Fräswerkzeuge sind nach dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So gehören insbesondere Fräser zum Plan- oder Eckfräsen, Schruppen oder Schlichten unterschiedlicher Durchmesser zum Stand der Technik, die stirnseitig und/oder mantelseitig mit entsprechenden Wendeschneidplatten bestückt sind. Die Fräswerkzeuge können mit oder ohne Verstelleinrichtungen für die Schneideinsätze bzw. deren Lage ausgestattet sein. Das in 1 dargestellte Zerspanungswerkzeug ist mehrteilig zu einem einheitlichen Werkzeugkörper zusammengesetzt, wobei das in 1 dargestellte Zerspanungswerkzeug einen aus Leichtmetall bestehenden Ring 10 als Grundgerüst mit Plattensitzen für die Aufnahme von Schneidwerkzeugen 11 sowie der vorhandenen Befestigungs- 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. 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 Volumenbereiche umschließen, die lediglich aus Kunststoff bestehen.
• 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 Stirnfläche 12 und der Mantelfläche 13, nämlich an der konischen Mantelfläche 20 sowie bodenseitig (siehe Fläche 21 in 1) mit harzgetränktem Kohlenstoffasern umwickelt, die schließlich den Teil 15 bilden. Ebenso werden die verwendeten Hülsen 18 ihrerseits mit einem harzgetränkten Kohlenstoffasermaterial umwickelt, so daß im Bereich der Bohrungen 17 vorhandene Verbindungselement nicht ausbrechen können, wie dies bei einer Anlage an einem Faserverbund-Kunststoff der Fall wäre.

Claims (4)

1. Zerspanungswerkzeug, insbesondere Fräsmesserkopf, bestehend 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, wobei der Werkzeuggrundkörper ein aus mehreren Teilen (10, 15) aus verschiedenen Materialien bestehender Verbundkörper ist, dadurch gekennzeichnet, dass das die Plattensitze oder die Aufnahmen für die Kassetten aufweisende Teil (10) aus Stahl oder einer Leichtmetallegierung besteht und als Ring ausgebildet ist, der mit harzgetränkten ausgehärteten Fasern umwickelt ist.
2. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das die Plattensitze oder Kassetten aufnehmende Teil (10) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
3. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem faserverstärkten Kunststoff eingebrachte Bohrungen (17) mit einer Metallhülse (18) ausgekleidet sind, um deren Außenmantel die harzgetränkten ausgehärteten Fasern gewickelt sind.
4. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgehärtete Harz ein Polyester- oder Epoxidharz ist.