DE202005021474U1

DE202005021474U1 - Fräs- und/oder Drehwerkzeug

Info

Publication number: DE202005021474U1
Application number: DE202005021474U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Helck Wilfried De
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2015-10-29

Abstract

Fräs- und/oder Drehwerkzeug (1) zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit wenigstens einer an dem Werkzeug (1) gehalterten kreisscheibenförmigen Wendeplatte (2) mit einer Schneide (21), wobei die Wendeplatte (2) relativ zu einer Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks bewegt wird, die Wendeplatte (2) hinsichtlich ihrer Schneide (21) zu einer Achse (Y) rotationssymmetrisch ausgebildet und frei drehbar um die Achse (Y) am Werkzeug (1) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendeplatte (2) auf einem Trägerelement (3) befestigt ist, wobei das Trägerelement (3) koaxial zur Achse (Y) einen Wellenstummel (31) hat, der in einer Sackbohrung (13) im Werkzeug (1) drehbar geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräs- und/oder Drehwerkzeug zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit wenigstens einem an dem Werkzeug gehalterten Bearbeitungsmittel mit einer Schneide, wobei das Bearbeitungsmittel relativ zu einer Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks bewegt wird und das Bearbeitungsmittel hinsichtlich seiner Schneide zu einer Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Bei den mit einer Schneide ausgestatteten Bearbeitungsmitteln, handelt es sich vorzugsweise um im Stand der Technik bekannte Wendeplatten mit einer durchgehenden, kreisrunden Schneidkante, wie sie insbesondere an Fräsköpfen zum beispielsweise Planfräsen, Kopierfräsen, Schlichtfräsen, Schruppfräsen usw. an entsprechenden als Fräskopf ausgebildeten Werkzeugen verwendet werden. Diese im Wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildeten Wendeplatten bilden auf einer Seite ihrer Kreisscheibenform zwischen Mantelfläche und Kreisscheibenfläche die Schneidkante, dabei kann die Wendeplatte auch als Kegelstumpf ausgebildet sein, wobei bevorzugt die umlaufende Kante an der Seite mit größerem Durchmesser die Schneidkante bildet. Derartige Wendeplatten weisen hinsichtlich ihrer zentralen Symmetrieachse eine koaxiale Aufnahmebohrung zum Befestigen der Wendeplatte am Werkzeugkörper auf. In der DE 10 2004 006 388 A1 sind Befestigungsmöglichkeiten dafür beschrieben. Die kreisscheibenförmige Wendeplatte ist an einem als Fräskopf ausgebildeten Werkzeug angeordnet. Häufig werden an einem Fräskopf mehrere, meist äquidistant verteilte Wendeplatten, beispielsweise 3, 5, 6, 8, 10 Wendeplatten an einem Fräskopf, angeordnet.
Zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken sind Wendeplattenfräser bekannt. Beispielhaft wird auf die DE 10 2004 006 388 A1 verwiesen, in der ein Wendeplattenfräser bzw. Wendeplatten beschrieben sind, die eine präzise Zentrierung erlauben. Bei diesem Gegenstand werden die Wendeplatten, wie im Stand der Technik allgemein üblich, fest mit dem Werkzeugträger verbunden. Bei Abnutzung der Schneidkante der Wendeplatte kann diese ausgetauscht oder nach dem Lösen verdreht und wieder angezogen werden.
Nachteilig an der bekannten festen Fixierung der Wendeplatten am Werkzeugkörper ist, dass bei der Abnutzung der Schneidkante der Wendeplatte das Schneidergebnis bei der spanabhebenden Bearbeitung und damit die Oberflächengüte des bearbeiteten Werkstücks verschlechtert wird und ggf. Überschreitungen der Toleranzen entstehen könnten.
Je nach zu bearbeitenden Werkstoffen sind daher die Standzeiten der Wendeplatten stark begrenzt. Beim Verdrehen bzw. Wenden der Wendeplatten an dem Werkzeug entsteht jedoch ein erheblicher im Wesentlichen manueller Arbeitsaufwand, der einen hohen Anteil der Gesamtbearbeitungskosten beim Fräsen und/oder Drehen einnimmt.
Die DD 118 543 beschreibt eine Fräsbearbeitung von metallischen Werkstücken mittels Fräskopf, dessen aktives Element aus einer runden, drehbar gelagerten Schneidscheibe besteht, die während des Bearbeitungsvorganges eine durch den Spanungsprozess und die Schrägstellung der Schneidscheibenachse zur Schnittrichtung kinematisch bedingte selbsttätige Rotationsbewegung ausführt. Da das Schneidwerkzeug durch die frei drehbare Lagerung gegenüber Werkzeugen mit feststehender Schneide eine geringere Starrheit aufweist, treten bei derartiger Fräsbearbeitung – jedenfalls bei größeren Schnitttiefen bzw. größeren Vorschüben – Rattermarken auf der Werkstückoberfläche auf. Entsprechend schlägt die DD 118 543 vor, am Fräskopf an dessen Stirnseite gleichmäßig wechselweise Schneidwerkzeuge mit geometrisch bestimmten feststehenden Schneiden und Schneidwerkzeuge mit geometrisch bestimmten rotierenden Schneiden anzuordnen, wobei die feststehenden Schneiden in Richtung der Werkzeugachse um weniger als 0,6 mm zurückgesetzt sind. Die feststehenden Werkzeuge übernehmen dabei die Funktion von vorschneidenden Schruppwerkzeugen und die rotierenden Schneidwerkzeuge die Funktion von nachschneidenden glättenden Schlichtwerkzeugen.
Aus der CH 480 120 ist ein Fräswerkzeug mit einem Werkzeugeinsatz mit ringförmiger Schneide bekannt, bei dem der Werkzeugeinsatz aktiv drehangetrieben wird. Dies ergibt eine technisch sehr aufwendige Gestaltung des Drehantriebs, wie er in zwei alternativen Ausführungsformen im Beschreibungstext behandelt ist. Darin ist die Rotationsachse des Werkzeugeinsatzes zur Achse des Grundkörpers (Fräskopf) „windschief" angeordnet, also in einer Tangentialebene in Bezug auf das Fräswerkzeug etwas schräg gestellt, so dass an der ringförmigen Schneide eine flache Ellipsenschneidkante entsteht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Stand- und Wegezeiten bei Verwendung von Wendeplatten zu erhöhen und insbesondere ein manuelles Verstellen bzw. Wenden der Wendeplatten überflüssig zu machen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Fräs- und/oder Drehwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Dadurch, dass das Bearbeitungsmittel drehbar um die Achse am Werkzeug gelagert ist, kann sich das Bearbeitungsmittel, insbesondere die kreisrunde Wendeplatte, um ihre eigene Symmetrieachse verdrehen, wenn das Bearbeitungsmittel in Relativbewegung zum spanabhebenden Bearbeiten über das zu bearbeitende Werkstück geführt wird. Während der Bearbeitung verdreht sich also das Bearbeitungsmittel (Wendeplatte) mit seiner Schneidkante auf dem zu bearbeitenden Werkstück, so dass stets ein anderer Abschnitt der Schneidkante des Bearbeitungsmittels mit der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks in Berührung gelangt.
Damit wird erreicht, dass das Bearbeitungsmittel (Wendeplatte) mit seiner Schneidkante im Wesentlichen über seinen gesamten Umfang gleichmäßig abgenutzt wird. Die Standzeit des Bearbeitungsmittels wird somit erheblich gesteigert, da jeder Abschnitt der kreisförmigen Schneidkante des Bearbeitungsmittels mit dem Werkstück in Berührung gelangt. Ferner entfällt die meist manuell durchzuführende Verstellung (Wenden) des Bearbeitungsmittels (Wendeplatte), da durch die drehbare Lagerung des Bearbeitungsmittels um die Achse am Werkzeug ein freies Mitdrehen des Bearbeitungsmittels bei der spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks erfolgt.
Bei einer frei drehbar ausgebildeten Lagerung des Bearbeitungsmittels am Werkzeug entscheidet der Anstellwinkel (Freiwinkel) sowie die Verstellung der Drehachse im Werkzeug (Fräskopf) zur Tangentialrichtung bezüglich der Drehachse des Werkzeugs (Fräskopfes), ob und in welche Richtung sich das Bearbeitungsmittel (Wendeplatte) beim spanabhebenden Bearbeiten dreht.
Dadurch, dass die Wendeplatte auf einem Trägerelement befestigt ist, wobei das Trägerelement drehbar in dem Werkzeug gehaltert ist, wird die Wendeplatte nicht unmittelbar drehbar gehalten, sondern auf einem Trägerelement befestigt, das drehbar in dem Werkzeug gehaltert ist.
Um die für deratige Bearbeitungswerkzeuge erforderliche niedrige Toleranz im Mikrometerbereich einhalten zu können, hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Trägerelement koaxial zur Achse einen Wellenstummel hat, der in einer Sackbohrung im Werkzeug drehbar geführt ist.
Wenn zwischen Wellenstummel und Sackbohrung eine Rasteinrichtung zum schnellen Wechsel des mit dem Bearbeitungsmittel bestückten Trägerelementes vorgesehen ist, kann bei einer derartigen Drehlagerung ein Schnellwechsel realisiert werden, bei dem jeweils eine auf einem Trägerelement befestigte Wendeplatte an dem Werkzeug durch Tausch der Trägerelement/Wendeplatten-Einheit ausgewechselt werden kann. Bei Abnutzung der Wendeplatten kann somit ein sehr schneller Wechsel der Wendeplatten erfolgen, so dass die Stillstandzeiten für die spanabhebende Maschine gegenüber der herkömmlichen Auswechselung von Wendeplatten erheblich verkürzt werden kann.
Bevorzugt besteht die Rasteinrichtung aus einem im Wesentlichen tangential zum Wellenstummel/Sackbohrung angeordneten, federnd gelagerten Stift und einer in den Wellenstummel eingeschnittenen Ringnut, wobei bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Stift mit der Ringnut in Eingriff steht. Bei einer derartigen Konstruktion kann durch manuelles Drücken des federnd gelagerten Stiftes gegen seine Federkraft die frei drehbare Rasteinstellung freigegeben werden, um das Trägerelement mit Wendeplatte auszutauschen. Nach dem Einsetzen des Wechselträgerelements mit neuer Wendeplatte rastet beim Loslassen des Stiftes automatisch der Stift in die Ringnut im Wellenstummel des Trägerelementes ein, so dass eine passgenaue Fixierung der auf dem Trägerelement befestigten Wendeplatte bei gleichzeitig erlaubter Drehung um die Symmetrieachse gewährleistet ist.
Dadurch, dass der Wellenstummel oder das ganze Trägerelement mit Wellenstummel aus Bronze gefertigt ist, wird eine passgenaue und dauerhafte Gleitlagerung des Trägerelements im Werkzeug erreicht. Dabei dient der aus einem festen, verschleißfähigen Material (Bronze) gefertigte Wellenstummel als weicheres Verschleißteil, das keinen nennenswerten Abrieb im Werkzeug (Fräskopf) erzeugt. Von Zeit zu Zeit müssen die Trägerelemente nach Erreichen einer Abriebtoleranz ausgetauscht werden.
Alternativ kann die frei drehbare Lagerung des Trägerelementes mit der darauf befestigten Wendeplatte auch mittels Kugellagerung erreicht werden.
Bevorzugt ist bei einem Fräskopf, der beim Fräsen um eine Rotationsachse gedreht wird, die Achse in Tangentialrichtung zur Rotationsachse um bis zu 30°, insbesondere bis zu 10° in der Radialebene der Rotationsachse sowie zur Radialachse um bis zu 30°, insbesondere bis zu 15° geneigt angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung detalliert beschrieben.
Darin zeigt:
1 ein Fräswerkzeug in einer ersten Ausführungsform in Ansicht mit fünf Bearbeitungsmitteln,
2 den in 1 dargestellten Fräskopf entlang einem in 1 mit A-A definierten Schnitt,
3 ein Trägerelement in vergrößerter Längsschnittdarstellung und
4 in alternativer Ausgestaltung eine Teilansicht eines Fräswerkzeugs mit Schnellwechselrasteinrichtung.
In 1 ist ein Werkzeug in Form eines Fräskopfes 1 in einer Ansicht auf seine Bearbeitungsfläche 100 dargestellt. Der Fräskopf 1 weist einen Fräskörper 10 aus einem geeigneten Werkzeugstahl auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel, wie aus 1 und aus der Querschnittdarstellung entlang der in 1 dargestellten Linie A-A in 2 ersichtlich, im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes hat. Dabei ist die einen größeren Durchmesser aufweisende Seite des Fräskörpers 10 die Bearbeitungs seite 100 des Fräskopfes 1, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Fräskopfes 1 auf einem Werkstück zur spanabhebenden Bearbeitung, beispielsweise Planfräsen, aufliegt. In 1 ist diese Bearbeitungseite 100 die Ansichtseite, in 2 ist dies die im Querschnitt oben dargestellte Begrenzung des Fräskörpers 10.
Der Fräskörper 10 ist somit Rotationssymmetrisch zu einer orthogonalen zur Bearbeitungsseite ausgebildeten Rotationsachse X ausgebildet. Koaxial zu dieser Rotationsachse X ist eine Aufnahme 15 zur Befestigung an einer nicht dargestellten Welle eine Werkzeugmaschine vorgesehen.
Ferner zeigt 1 fünf in den Fräskörper 10 zueinander gleichwinklig beabstandete Ausschnitte 11, die Raum zur Aufnahme von Bearbeitungsmitteln 2 in Form von Wendeplatten am Fräskörper 10 bilden. Jeder Ausschnitt 11 hat eine zur Rotationsachse X annähernd in einer Radialebene ausgerichtete Anlagefläche 12, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 4° um eine zur Rotationsachse X paralle Achse geneigt ist. Ferner ist diese Anlagefläche 12 um die jeweilige Radialachse mit einem positiven Schneidwinkel von 8° geneigt. Diese Winkelkonstellation des Anstellwinkel der Wendeplatte 2 im Fräskopf 1 und damit deren Anstellwinkel auf der Werkstückoberfläche ist abhängig von einer Vielzahl von Faktoren, wie beispielsweise der Geometrie der verwendeten Wendeplatte 2, dem gewünschten Verwendungszweck, insbesondere den zu bearbeitendem Material, dem Bearbeitungszweck, der zu erreichenden Oberflächengüte etc. Entsprechend können diese Einstellwinkel erheblich variieren.
Die Wendeplatte 2 besitzt eine kreisrund umlaufende Schneidkante 21, die symmetrisch zu einer Achse Y, der Drehachse des Bearbeitungsmittels, ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Wendeplatte 2 die Form eines Kegelstumpfes bzw. einer Kreisscheibe mit einer planebenen Rückseite 22, die als Anlagefläche dient.
Orthogonal in die Anlagefläche 12 ist eine Sackbohrung 13 in den Fräskörper 10 eingebracht, wie dies in 1 in einem Teilquerschnitt und in 2 dargestellt ist. Senkrecht zur Sackbohrung 13 ist ferner eine die Sackbohrung 13 teilweise durchschneidende Stiftbohrung 14 im Fräskörper 10 angeordnet. Im in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stiftbohrung 14 parallel zur Rotationsachse X des Fräskopfes 1 ausgerichtet.
Alternativ kann die Stiftbohrung 14 auch in zur Rotationsachse X radialer Richtung im Fräskörper 10, bevorzugt von der Innenseite des Fräskörpers 10 im Bereich der Aufnahme 15 eingebracht sein, wie dies in 4 in einer geschnittenen Teilansicht eines Fräskopfes 1' in einer zweiten Ausführungsform dargestellt ist.
Wie in 1 in der Ansicht dargestellt, ist die Wendeplatte 2 nicht unmittelbar an dem Fräskopf 1 drehbar gelagert, was ebenfalls denkbar ist. Hier ist jedoch die Wendeplatte 2 auf einem Trägerelement 3 befestigt, welches in der Sackbohrung 13 im Fräskörper 10 drehbar gelagert ist. Das Trägerelement 3 ist ein zylindersymmetrisches Bauteil, das einen Wellenstummel 31, eine Anlageplatte 32 sowie eine Zentrieraufnahme 33 für die Wendeplatte 2 besitzt, wie aus 3 ersichtlich. Koaxial zur Zylinderachse des Trägerelements 3, die mit der Drehachse Y zusammenfällt, ist in die Zentrieraufnahme 33 eine Sackbohrung 34 mit Gewinde eingebracht.
Die Wendeplatte 2 wird auf die Zentrieraufnahme 33 aufgesteckt und mittels einer nicht dargestellten Schraube, die in die Sackbohrung 34 mit Gewinde eingreift, auf dem Trägerelement 3 unter Anlage der Rückseite 22 der Wendeplatte 2 fest verspannt. Der Wellenstummel 31 des Trägerelementes 3 weist eine umlaufende Ringnut 35 auf. Die Symmetrieachse (Zylinderachse) des Trägerelementes 3 bildet die Drehachse Y des Bearbeitungsmittels (Wendeplatte) 2.
Das mit der Wendeplatte bestückte Trägerelement 3 wird in die Sackbohrung 13 des Fräskopfes 1 eingesteckt und gemäß Ausgestaltung der 1 und 2 mit einer Madenschraube 16, die in die Stiftbohrung 14 einschraubbar ist, fixiert. Dabei greift die Madenschraube 16 in die Ringnut 35 des Wellenstummels 31 des Trägerelementes 3 ein, so dass das Trägerelement 3 mit Wendeplatte 2 frei drehbar am Fräskopf 1 fixiert ist.
In alternativer Ausgestaltung gemäß 4 ist in dem dort dargestellten Fräskopf 1' eine Stiftbohrung 14' in zur Rotationsachse X des Fräskopfes 1' radialer Ausrichtung angeordnet. In dieser Stiftbohrung 14' ist ein federbelasteter zylindrischer Stift 17 eingesetzt, dessen zylindrischer Abschnitt in nicht betätigter Normalstellung (federbelastet) mit der Ringnut 35 des Trägerelementes 3 zusammenwirkt, so dass das mit der Wendeplatte 2 versehene Trägerelement 3 frei drehbar aber gesichert in der Sackbohrung 13 gelagert ist. Bei manueller Betätigung des Stiftes 17 gegen die Federkraft wird der Stift 17 in Pfeilrichtung Z in der Stiftbohrung 14' verschoben, so dass eine im Stift 17 eingestochene Ringnut 18 mit der Sackbohrung 13 fluchtet, so dass der Eingriff mit der Ringnut 35 des Trägerelementes 3 aufgehoben ist und das Trägerelement 3 aus der Sackbohrung 13 entnehmbar ist.
Die Ausgestaltung gemäß 4 erlaubt somit einen schnellen Wechsel der mit Wendeplatte 2 versehenen Trägerelemente 3, beispielsweise bei Erreichen der Abriebgrenzen der Schneidkante 21 der Wendeplatte 2. Durch die einfache manuelle Betätigung zur Entriegelung der Trägerelemente 3 am Fräskopf 1' kann der Werkzeugeinrichter bei einem erforderlichen Austausch der Wendeplatten 2 schnell die erforderlichen Schritte durchführen und unmittelbar danach die weitere Produktion fortführen. Der zeitliche Ausfall der Werkzeugmaschine für den Austausch der Wendeplatten ist minimiert, woraus sich erhebliche wirtschaftliche Vorteile ergeben. Die Wendeplatten 2 können vormontiert auf passenden Trägerelementen 3 für einen Wechsel vorgehalten werden.

1, 1': (Fräs- und/oder Dreh-)Werkzeug, Fräskopf
10: Fräskörper
100: Bearbeitungsfläche, -seite
11: Ausschnitt
12: Anlagefläche
13: Sackbohrung
14, 14': Stiftbohrung
15: Aufnahme
16: Madenschraube
17: Stift
18: Ringnut
2: Bearbeitungsmittel, Wendeplatte
21: Schneide, Schneidkante
22: Rückseite
3: Trägerelement
31: Wellenstummel
32: Anlageplatte
33: Zentrieraufnahme
34: Sackbohrung
35: Ringnut
X: Rotationsachse des Fräskopfes
Y: Drehachse des Bearbeitungsmittels
Z: Pfeil

Claims

Fräs- und/oder Drehwerkzeug (1) zum spanabhebenden Bearbeiten von Werkstücken mit wenigstens einer an dem Werkzeug (1) gehalterten kreisscheibenförmigen Wendeplatte (2) mit einer Schneide (21), wobei die Wendeplatte (2) relativ zu einer Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks bewegt wird, die Wendeplatte (2) hinsichtlich ihrer Schneide (21) zu einer Achse (Y) rotationssymmetrisch ausgebildet und frei drehbar um die Achse (Y) am Werkzeug (1) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendeplatte (2) auf einem Trägerelement (3) befestigt ist, wobei das Trägerelement (3) koaxial zur Achse (Y) einen Wellenstummel (31) hat, der in einer Sackbohrung (13) im Werkzeug (1) drehbar geführt ist.
Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wellenstummel (31) und Sackbohrung (13) eine Rasteinrichtung zum schnellen Wechsel des mit der Wendeplatte (2) bestückten Trägerelementes (3) vorgesehen ist.
Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rasteinrichtung aus einem im Wesentlichen tangential zum Wellenstummel (31)/Sackbohrung (13) angeordneten, federnd gelagerten Stift (17) und einer in den Wellenstummel (31) eingeschnittenen Ringnut (35) besteht, wobei bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Stift (17) mit der Ringnut (35) in Eingriff steht.
Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstummel (31) oder das ganze Trägerelement (3) mit Wellenstummel (31) aus einem festen, verschleißfähigen Material, z. B. Bronze, gefertigt ist.
Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (3) eine Kugellagerung aufweist.
Fräs- und/oder Drehwerkzeug nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass er als Fräskopf (1) ausgebildet ist, der beim Fräsen um eine Rotationsachse (X) gedreht wird, wobei die Achse (Y) in Tangentialrichtung zur Rotationsachse (X) oder bis zu 30°, insbesondere bis zu 10° in der Radialebene der Rotationsachse (X) sowie zur Radialachse bis zu 30°, insbesondere bis zu 15°, geneigt angeordnet ist.