DE2111433A1 - Profilwerkzeug und Verfahren zum Schaerfen seiner Freiflaeche - Google Patents

Description

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v^-adckij rnetalliceskij zavod ineni XXII S"esda ICPSO

PROFILWERKZEUG UND VERFAHREN ZUM SCHÄRFEN SEINER FREIFLÄCHE

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schneidwerkzeuge und Verfahren zum Schärfen derselben sowie genauer auf Profilwerkzeuge mit krummliniger Schneidkante und Verfahren zum Schärfen der Freifläche dieser Werkzeuge.

Ein e_rfindungsgemäS gefertigtes Werkzeug kann am vorteiltem. haf testen zum Bearbeiten von Turbinenschaufel blatt ■> sowie auch in der Werkzeugindustrie zum Fräsen von Spannuten in Schneidwerkzeugen verwendet werden.

Zur Zeit sind Profilwerkzeuge in Form von Fräsern mit krummliniger Schneidkante bekannt, an der der Freiwinkel auf ihrer ganzen Länge willkürlich bestimmt wird.

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Das Verfahren zum Schärfen der Freifläche dieser Fräser besteht darin, daß auf der Schneidkante eine Schieifr ■ scheibe mit toroidaler Arbeitsfläche abgewälzt wird, die in der Ebene rotiert, welche unter einem Winkel zur Senkrechten auf dem Schneidkantenprofil steht. Hierbei steht die Drehungsebene der Schleifscheibe senkrecht zur Fraserachse

(s. beispielsweise ÜSA-Patent Nr. 3.251.157, Kl. 51-100).

α Der Freiwinkel muß, um den Scheidprozeß zu verbessern

sowie gleiche und optimale Standzeit auf der ganzen ^ä der Schneidkante des Profilwerkzeugs zu erhalten, verschieden groß unter Berücksichtigung des Schneidkantenprofils sein, wobei er an den steilen Profilabschnitten, d.h. an den Abschnitten, an denen der dünnste Span abgehoben wird, größer und an den Abschnitten, an denen ein dickerer Span abgehoben wird, kleiner sein soll.

Das obenbetrachtete Verfahren zum Schärfen des Profilwerkzeugs an der Freifläche gewahrleistet zwar wechselnde Größe des Freiwinkels ^ <. längs der Schneidkante, doch besitzt der Winkel an den steilen Profilabschnitten minimale Werte. Hierdurch wird intensiver Verschleiß der Werkzeugschneidkante hervorgerufen, wodurch wiederum die Standzeit des gesamten Fräsers vermindert wird. Dieser Nachteil kann teilweise beseitigt werden, wenn die Freifläche mittels Schleifscheibe geschärft wird, die zum Schneidkantenprofil in jedem Punkte der Schneidkante senkrecht steht (s. beispielsweise das USA-Patent Nr. 2. 477. 135, Kl.51-100).

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Der Freiwinkel oc ^ jedoch erfüllt bei diesen Schärfverfahren, obwohl er an den steilen Profilabschnitten größer als der Winkel o( „ der obenbeschriebenen Fräser wird, nicht die beim Schneidprozeß gestellten Bedingungen und nimmt nicht die Dickenänderung des längs der Profilwerkzeug- -Schneidkante abgehobenen Spans in Betracht.

Es i3t das Ziel der vorliegenden Erfindung, die obenaufgezählten Nachteile zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Profilwerkzeug zu schaffen und ein Verfahren zum Schärfen seiner Freifläche zu entwickeln, die wechselnde Freiwinkel οί# optimaler Größe gewährleisten, wobei diese die Dickenänderung des längs der ganzen Schneidkante bei der Arbeit des Profilwerkzeugs abgehobenen Spans ber\icksick⁺-i~t.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Profilwerkzeug mit krummliniger Schneidkante erfindungsgemäß Freiwinkel οι^ an der Schneidkante hat, der in der senkrecht eu diesem Kantenprofil stehenden Ebene gemessen

wird und in Abhängigkeit vom Winkelt zwischen der Schnittvorschubrichtung und der an das Schneidkantenprofil gelegten iangente vorbestimmt wird. Der Winkel wird mittels nachstehender Formel errechnet:

sin cc ft β _

wobei K ein konstanter Wert, der vom bearbeiteten Werk-

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-4-stoff abhängt und

a^ die abgehobene Spandicke, die in Vorschubrichtung gemessen wird (in mm), ist.

Beim Verfahren zum Schärfen der Freifläche des vorgeschlagenen Werkzeugs liegt erfindungsgemäß die Drehungsebe ne der Schleifscheibe in bezug auf die Werkzeugschneidkante unter dem Winkel σ , der in Abhängigkeit von der

,ο
Größe des Freiwinkels <*- /y aus folgender Beziehung be-

stimmt wird:

cos

J °
mit °£q- Freiwinkel an der W&rkzeugschneidkante, der

in der Drehungsebene der Schleifscheibe gemessen wird.

Nachstehend wird zum besseren Verständnis der Erfindung ein konkretes Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf beiliegende Zeichnungen betrachtet; es zeigt

Fig. 1 die Vorderansicht auf den erfindungsgemäßen Pro-™ filfräser,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 11-11 der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 die Kurve, welche die Dickenänderung des längs der Schneidkante des in Fig. 1 abgebildeten Fräsers abgehobenen Spans kennzeichnet,

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Fig. 5 das Schaubild der Größenänderung des Freiwinkels längs der Schneidkante,

Fig. 6 den schematischen Aufbau der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schärfen der Fräserfreiflache und

Fig. 7 den Grundriß derselben, in Fig. 6 abgebildeten Vorrichtung.

Der Profilfräser besteht aus Scheibe 1 (Fig. l) mit * Bohrung 2 zum Befestigen des Fräsers. An dieser Scheibe befinden sich Zähne 3, die in der Axialebene krummlinige Schneidkante 4 besitzen. Diese Kante kann schräg zur Achse der Scheibe 1 etehen oder auf einer Schraubenlinie verlaufen. Am hinterdrehfrn Teil des Zahns befindet sich ein schmales Band unter dem Freiwinkel qC^ (Fig. 3), der in der senkrecht zum Profil der Kante 4 stehenden Ebene gemessen wird und der in Abhängigkeit von der Dickenänderung des längs der Schneidkante 4 abgehobenen Spans variabel ist. Bekanntlieh hängt die abgehobene Spanlücke vom Winkel £· zwischen der Schnittvorschubrichtung und der an das Profil der Schneidkante 4 gelegten Tangente ab. Diese Dickenänderung des abgehobenen Spans ist durch die Kurve in Fig. 4 dargestellt.

Nun hängt der optimale Freiwinkeltf^yvon der abgehobenen Spandicke ab und wird durch folgende Formel bestimmt:

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-6-

S 2LE ^

wobei a - abgehobene und in Vorschubrichtung gernes

Spandicke;

K - konstanter Wert, der vom bearbeiteten We^ ;-stoff abhängt.

Beim Bearbeiten eines Werkstücks mittels Profilwarfc^eug ist die abgehobene Spandicke, die in der zum Schneidfer:: siprofil senkrechten Ebene gemessen wird, längs dieser Km. :e veränderlich und wird durch nachstehende Abhängigkeit fts= stimmtϊ

S . sin ψ . sin £-

aaaz ζ

wobei S - Vorschub je Fräserzahn (in mm); ψ - Winkel an der Berührungsstelle

Schneidkante und Werkstück (in Gradenj ι £ - Winkel zwischen Schnittvorschubrichtung

der an das Sehneidkantenprofil des Fräsers gelegten Tangente (in Graden).

Da S · sin ψ nichts anderes als die Dicke des abgehobenes und in Vorschubrichtung gemessenen Spans ist, die hier a genannt wird, so kann die obenangegebene Formel folgendermaßen geschrieben werden:

^{= a}max ' ^siR &° ^(II)

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Wenn Formel II in Formel I eingesetzt wird, wird die Abhängigkeit der Größe des optimalen Freiwinkels a( ^ vom Winkel ζ° zwischen SchnittVorschubrichtung und der an das Schneidkantenprofil gelegten Tangente erhalten, d.h.

mit a - Dicke des abgehobenen und in Vorschubrichtung gemessenen Spans (in mm).

Folglich ist der optimale Freiwinkel oC^. eine veränderliche Größe und wird in jedem ^rofilpunkt als Funktion des Winkels zwischen SchnittVorschubrichtung und der an das Schneidkantenprofil gelegten Tangente bestimmt«

Wenn dieses Verhältnis nicht eingehalten wird, entstehen an der Fräserschneidkante Abschnitte, an denen das Abheben der Späne Schwierigkeiten macht, und als Folge hiervon die Fräserstandzeit vermindert wird.

Die Vergrößerung der Freiwinkel oC^ an den steilen Profilabschnitten hat verminderte Radien β (Fig. 3) der Schneidkantenabrundung zur Folge, wodurch wiedrum der Schneidprozeß verbessert, der Verschleiß der Fräserzahnfreifläche vermindert und die Standzeit verlängert wird. Die Haltbarkeit der Zahnschneidkante wächst infolge der Keilwinkelvergrößerung an den Abschnitten, an denen ein dicker Span abgehoben wird. Dies wiederum ermöglicht, mit erhöhter Schnittintensität zu arbeiten.

Es wird, wenn der Freiwinkel ei ^ optimale Größe in Je-

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/Ms 4 Jc;

»A»

dem Schneidkantenpmikt erhält, ein Fräser mit gleicher ScMeidkantenstandsseit längs des ganzen Profils erhalten» Die Ges.-Tjntstanäzeit eines solchen Fräsers ist beöautsnä länger ala bei den bekannten Fräsern, da^größte Gesamtstandzeit des Fräsers bei optimalen Freiwinkeln erreicht wird. Daher ist der erfindungsgemäSe Profilfräser leistungsfähiger und ermöglicht es, die Schnittintensität zu ernöhen.

Fig. 5 enthält das Schaubiid, weiches die iinderung der Größe des Fröwinkels el^ in Abhängigkeit von der Dickenänderung des längs der Schneidkante abgehobenen Spans zeigt, wobei auf der Senkrechten die Werte der Winkel oC# und auf der Waagerechten die Abwicklung des Schneidkantenprofils in mm abgetragen sind.

In diesem Schaubild zeigt Kurve "A" den Charakter der Änderung des Freiwinkels oC y an der Schneidkante des erfindungsgemäßen Fräsersj die Gerade "Bⁿ und die Kurve "C" die Änderung der Winkel c/f, bei Fräsern bekannter Konstruktion. Aus diesem Schaubild ist ersichtlich, daß nur Fräser mit entsprechend der obenangegebenen Formel bestimmtem

Freiwinkel die beste Schneidkantengeometrie und obenaufgezählte Vorteile besitzt»

Beim Erzeugen von Fräsern obenbeschriebener Konstruktion wird der Freiwinkel folgendermaßen geschärft. Schleifscheibe 5 (Fig. 6) wird in den (nicht abgebildeten) Schleifbock um das Maß H über äie Achse des Fräsers 1 gesetzt, wodurch

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gewMhrls-istet wireic daß an der Schneidkante in dex* Drehungsebene fler Schleifsslisibe 5 Freiwinkel <?-# erhalten werden. Dans, wird der Fräser 1 auf die mit Zentrierspitzen versehenen Stützen 6 aufgesetzt die am Drehtisch 7 befestigt sind. An diesem Sisch ist such. Kopierschablone 8 befestigt, deren Profil dem Schneidkantenprofil des Fräsers entspricht. Mit dem Schleifbock ist Anschlag 9 starr verbunden der in der Fräserachse angeordnet ist, um -zu gewährleisten, daß der Zahn 3 in der Axialebene des Fräsers liegt.

Am Anschlag 9 ist Kopierstift 10 befestigt, mit dem die Kopiersehabione 8 ununterbrochen während des Schärfprozesseg in Berührung steht_o Baäius "r" dieses Kopierstifts entspricht dem AbrundungsradlKs "Eⁿ (FIg₉ 7)» der toroidalen Oberfläche eier Schleifscheibe 5 in der Axialebene des Fräsers. Die Schleifscheibe 5 kann um den Winkel & sswischen Senkrechter

N-N

auf dem Profil der Schneidkante 4^vund Dremingsebene der

H-M

Schleifscheibe^geschwenkt werden. Das Schwenken wird mittels eines beliebigen bekannten Verfahrens, e«B. mittels Zahnstange 11, die mit Zahnrad 12 in Wechselwirkung steht, das mit der Schleifscheibe 5 verbunden ist, durchgeführt. Mit der Zahnstange 11 steht Kopierschablone 13 in Wechselwirkung, welche unbeweglich in bezug auf den Fräser montiert ist und für das Schwenken der Schleifscheibe 5 um Winkel ~ sorgt. Beim Drehen des Tisches 7 mit Fräser 1 und Kopierschablone 8 in bezug auf den Kopierstift 10 wird die toröidale Oberfläche der Schleifscheibe 5 auf der Senneidkante 4 abgewälzt.

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Bicf Seiileifscheibe 5 stellt sich mit Ihrer £r-ehur^.=,sh2· ?i.@ fesfc d@r Wechselwirkung zwischen Zahnstange 11 itnu Kc^ pierseliablone 13 unter einem Winkel " zur Ebere eiii₉ J^s senkrecht zum Profil der Schneidkante 4 ist.

Bie Größe des Winkels & wird aus folgender BezisiL: ig

bestiiisist s ο

_o tg o^/γ

cos y ^β '' $ (IVj

@öbisi i^·«" Freiwinkei, der nach obenangeführter "örssl ..!-·., bestimmt wird und von der Dicke des ir;; gs. ΐ 1. , ; Profil punkte abgehobenen Spans abhärmt· ?

οί$" Freiwinke-X an der Schneidkante in dei Lrrijü:.;;^ = ebene der Schleifscheibe.

Bie Anordnung der Schleifscheibe mit toroi^a; sr iac; fläöfee Beim Schärfen unter einem Winkel 8 zur Steri^_? :li senfereefet sum Schneißkantenprofil steht, gewahrleSsts s ,g da@ veränderlieh (optimale) Frewinkel an übt gsr asi Fräsersohneidkante erzeugt werden. Bes erfindungsgemäße Schärf^'erfahren ermöglicht is,. seiiarf!geschliffene Profilräser mit verbesserter geoEeirifj ScliKSieksntenform zu erhalten, wodurch gleiche Standssc-it j an ihrer ganzen Länge und erhöhte Seliaeläi® ;,=■ gewährleistet wird.

Außerdem gewährleistet das arfindungsgem&S« Sshäjff^i r, der Berührungspunkt awisefaen Schleifscfe«!/:» i"y lings des radialen Bogenteils öar

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p@2fipkerie verschoben wird, ^sottareli die Standzelt Schleifscheibe selbst verlän^e^t ana das Profilwe-^iueit^ »it erfeSlitar S©n&uigk©it gesshärft wirä.

laeä dem anKegetenen Verfahren keimen außer Profilfrä sera, snöh aadere Wer3cs®uife mit soharfgeashliffeaeiä &ahn, a»B_s FormmeiSel, Senkbohrer u.a., ^ssohärft «erden·

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Claims (2)

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PATENTANSPRÜCHE:

( 1. ^Profilwerkzeug mit krummliniger Scheidkante, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiwin kel ( dtp ) an der Schneidkante (4), der in der senkrecht zu diesem Kantonprofil stehenden Ebene gemessen wird, in Abhängigkeit vom Winkel ( 8° ) zwischen der Schnittvorschubrichtung und der an das Schneidkantenprofil gelegten Tangente vofbestimmt und mittels nachstehender Formel errechnet wird:

sin

mit K - konstanter Wert, der vom bearbeiteten Werkstoff abhängt;

^am„~ " abgehobene Spandicke, die in Vorenubrichtung gemessen wird (in mm).

2. Verfahren zum Schärfen der Freifläche des Werkzeugs

nach Anspruch 1 durch Abwälzen einer Schleifscheibe mit

tor.Oidaler Arbeitsfläche auf der Schneidkante diese Werkzeugs, wobei die Drehungsebene der Schleifscheibe unter einem Winkel zur Senkrechten steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehungsebene der Schleifscheibe in bezug auf die Werkzeugschneidkante unter dem Winkel ( & ) steht, der in Abhängigkeit von der Größe des Freiwinkels ( οι ^ ) aus folgender Beziehung bestimmt wird:

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ÖÖ3 C7 a ,

.0

mit Ct? - Freiwinköl an der Schneidkante in der Drehungsebene der Schleifscheibe.

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