DE2123972A1

DE2123972A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen des Hinterschnittwinkels eines Schneidwerkzeugs

Info

Publication number: DE2123972A1
Application number: DE19712123972
Authority: DE
Inventors: William Iseman Chicago IH. Kurz (V.StA.)
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1970-05-18
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1971-12-02
Also published as: US3683509A; CH531162A; FR2091713A5; CA923695A; GB1342299A

Description

Dr.A.Mentzel J*· Mai 1971

DipUng.W.Dahlke Da.-w/ho

Patentanwälte

Refrath bei Köln Frankenforst 137

ILLINOIS TOOL WOEKS, Inc. Chicago, Illinois (V.St.A.)

"Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen des Hinterschnittwinkels eines Schneidwerkzeugs"

Die Erfindung betrifft ein. Verfahren, und eine Vorrichtung zum Messen des Hinterschnittwinkels eines Schneidwerkzeugs.

Es sind bereits viele Verfahren und Vorrichtunge bekanntgeworden, um den Hinterschnittwinkel an. Schneidwerkzeugen zu messen.. Die Hinterschnittflächen fallen im allgemeinen, in drei Haupt-

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kategorien. Ein. flacher Hint er schnitt, ein. konkaver Hinterschnitt und ein exzentrischer Hinterschnitt sind die Hauptformen, die sich als effektiv erwiesen haben, um Spielraum zu schaffen, der am Schneidwerkzeug erforderlich ist. Der exzentrische Hinterschnitt bringt zahlreiche Probleme hinsichtlich der genauen Messung des Hinterschnittflächenwinkels mit sich, das er eine im wesentlichen krumme Fläche an einer relativ schmalen Erhöhung des Schneidwerkzeugs bildet.

Bekannte Verfahren und Vorrichtungen, mit denen gearbeitet wird, um die geometrischen Verhältnisse des Schneidwerkzeugs zu messen, sind aus den US-Patentschriften 3 231 982 und 2 648 138 bekannt. Bei dem einen Verfahren wird eine flache Kante an die Hinterschnittflache in der Querebene des Schneidwerkzeugs gelegt, und geblickt wird in Richtung der Längsachse des Schneidwerkzeugs, um die Winkelbeziehung der Hinterschnittfläche abzulesen. Beim anderen Verfahren wird ebenfalls mit einer geraden Kante gearbeitet, die an die Hinterschnittfläche in einer Querebene des W Schneidwerkzeugs gelegt wird, und man blickt durch ein optisches Instrument, um zu versuchen, den HinterSchnittwinkel genau abzulesen. Diese Verfahren sind charakteriatisch für die bekannte Methode, mit der gearbeitet wird, um den Hinterschnittwinkel zu bestimmen, sie lösen aber die Probleme nicht in ausreichender Weise, die vorgegeben sind, wenn eine exzentrische Hinterschnittfläche gemessen werden, soll. Wenn, versucht wird, den. effektoven bzw. tangentialen HinterSchnittwinkel eher solchen Hinter-

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Schnittfläche zu messen, bei der es sich um eine konvexe Kurve in der Querebene des Werkzeugs handelt, muß das Auge die gerade Kante der bekannten Methode in einer Querebene zur Krümmung der primären Hinterschnittfläche betrachten. Das Auge muß die gerade Prüfkante in eine Querebene legen, die tangential zur Drehspirale an der peripheren Schnittkante liegt. Unter diesen Umständen gibt es Unsicherheiten, wenn' eine Querlinie eines Mikroskops oder eine Linie auf einem Vergleichsschirm oder eine gerade Kante in dieser Weise mit einer gekrümmten Fläche verglichen wird. Es ist festgestellt worden, daß von verschiedenen Personen verschiedene Werte für den primären Hinterschnittwinkel erhalten werden, wenn mit dem bekanten Verfahren und der bekannten Vorrichtung gearbeitet wird. Die Meßschwierigkeit wird noch durch die Tatsache erhöht, daß das primäre Hinterschnittfleisch, das die Schneidfähigkeit eines Schneidwerkzeugs bestimmt, durch eine relativ schmale Fläche gebildet ist, und deshalb ist es offensichtlich, daß das Zusammenpassen einer geraden Kante oder einer Linie mit einer solchen schmalen Fläche zur Bestimmung ihrer Neigung Können, Erfahrung und Sorgfalt erfordert. Wenn die tatsächliche kleine Hinterschnittfläche gekrümmt ist, ist die Schwierigkeit noch ausgeprägter, genaue Ergebnisse zu erzielen.

Die Erfindung sieht deshalb die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum genauen Messen des Hinterschnittwinkels an Schneidwerkzeugen vor.

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Weiter sieht die Erfindung die Schaffung eher Meßvorrichtung vor, die ein Minimum an menschlicher Urteilskraft erfordert, um den Hinterschnittwinkel an Schneidwerkzeugen zu bestimmen.

Weiter sieht die Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens vor, um den Hinterschnittflächenwinkel genau zu bestimmen, wenn es sich bei der Hinterschnittfläche um eine schmale konvexe Fläche handelt.

Weiter sieht die Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens vor, mit dessen bzw. deren Hilfe der tatsächliche Hinterschnittwinkel in der Querebene des Werkzeugs bestimmt werden kann, indem ein Hinterschnittwinkel in einer axialen Ebene des Schneidwerkzeugs gemessen wird.

Dazu sind erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, bei denen mit einem Fühler gearbeitet wird, um die Neigung einer Hinterschnittfläche in der axialen Ebene des Schneidwerkzeugs zu messen, wobei die Messung ohne weiteres mathematisch in den funktionell erforderlichen Winkel in der Querebene umgewandelt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht das Anlegen eines Fühlers an die Hinterschnittfläche vor, die gemessen werden soll, ferner das Bewegen des Werkzeugs und des Fühlers relativ zueinander in einer axialen Ebene des Werkzeugs, um damit einen relativ langen Weg über die Hinterschnittfläche hinweg zu kopieren. Danach wird die Be-

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Ziehung zwischen dem axialen Abstand, der durchlaufen worden ist, und der vertikalen Verlagerung des Fühlers auf einem Schreiber aufgezeichnet. Der Schreiber arbeitet mit Diagrammpapier, das sich proportional zum Relativweg bewegt, der in der axialen Ebene des Fühlers durchlaufen, wird, und ein Schreibstift, der dem beweglichen Diagramm zugeordnet ist, zeigt die vertikale Verlagerung des Fühlers für eine zugehörige Bewegung in der axialen Ebene des Fühlers an. Es entsteht also eine genaue Wiedergabe, die eine Funktion, des Hinterschnittflächenwinkels ist, gemessen in. der Axialebene des Werkzeugs. Der wiedergegebene Winkel kann ohne weiteres auf den. gewünschten. Hinterschnittflächenwinkel in der Querebene des Werkzeugs durch ehe einfache Rechnung umgewandelt werden, die von. dem betreffenden Steigungswinkel des Schneidwerkzeugs abhängt. Alternativ kann, die Umrechnung dadurch erfolgen, daß mit einem SpezialRechenschieber gearbeitet wird.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, näher erläutert. In. den. Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein. Schaubild der erfindungsgemäßen. Vorrichtung, wobei die einzelnen Teile sich in einer solchen Lage befinden, daß der Hinterschnittwinkel in der axialen. Ebene des Schneidwerkzeugs gemessen werden kann,

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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Hinterschnittfläche, die an einem Schneidwerkzeug gemessen werden soll, wobei der Weg der Messung in erfindungsgemäßer Weise als auch in bekannter Weise dargestellt ist,

Fig. 5 eine partielle Endansicht eines Schneidwerkzeugs, wobei die bekannte Methode zum Messen ψ des Hinterschnittwinkels gezeigt ist,

Fig. 4 eine Darstellung einer Art einer Anzeige, wobei die Relation zwischen der axialen Bewegung des Fühlers und der vertikalen Verlagerung des Fühlers gezeigt ist, und

Fig. 5 eine Darstellung einer Rechenschiebers, der in

Verbindung mit der Erfindung verwendet werden ^ kann..

In. Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen des Hinterschnittflächenwinkels eines Spiralsehneidwerkzeugs gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfaßt einen Sockel H, auf dem eine Schlitzführung und ein Lagertisch 50 nebeneinander angeordnet sind. Ein Schneidwerkzeug 12 ist in der Vorrichtung zur Messung mit Hilfe eines axial beweglichen Lagerblocks 16 und einer komplementären. U-förmigen Lagerklemme 18 gelagert. Das Werkzeug wird in. eine

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V-förmige Nut im Lagerblock gelegt und fest in der Lage gehalten, indem ein Befestigungselement festgezogen wird, beispielsweise eine Schraube 52, die der Lagerklemme 18 zugeordnet ist. Der Lagerblock 16 ist an der Schlitzführung gelagert, die eine Bewegung des Blocks in Verbindung mit dem Werkzeug in axialer Richtung ermöglicht, um das Werkzeug zur Vornahme der Messung in die vorgesehene Lage zu bringen.

Der Lagertisch 50 umfaßt einen waagerechten Stelltisch 30, der mit Hilfe einer Kurbel 32 verstellt wird. Der waagerechte Tisch und die Kurbel dienen damit als Mittel zum axialen Vorschieben eines zugehörigen Prüffühlers über die Oberfläche eines Sdneidwerkzeugs hinweg. Ein Fühler 22 ist an einem Lagerblock 28 gelagert, der einer radialen Führung 26 zugeordnet ist. Die radiale Führung arbeitet in entsprechender Weise wie der waagerechte Stelltisch, insofern nämlich, als die Führung ebenfalls eine Vorschubeinrichtung umfaßt, die von einer Kurbel 34 bedient wird. Der Fühler 22 kann also in einen Kontakt und aus einem Kontakt mit dem Schneidwerkzeug bewegt werden, während es in einer axialen Ebene des Schneidwerkzeugs bleibt, in_dem nach Bedarf die Kurbel 34 bedient und der Block 28 nach oben oder nach unten bewegt wird. Der Fühler 22 zeichnet eine vertikale Verlagerung der Fühlerspitze 24 auf, während der Fühler am Werkzeug axial längs der Hinterschnittfläche 44 vorwandert. Diese Verlagerungen werden aufgezeichnet und dargestellt, indem ein Schreiber verwendet wird, wie er beispielsweise aus den US-

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Patentschriften 2 261 093 und RE 22 110 bekannt ist. Ein solcher Aufzeichner, der in. Fig. 1 mit 36 angezogen ist, umfaßt einen Kopierschreibstift 38 und automatisch bewegtes Diagrammpapier 40. Die Bewegung des Schreibstiftes 38 wird durch die Verlagerungsimpulse bestimmt, die von der Fühlerspitze 24 durch - ein Verbindungskabel 42 eingespeist werden. Die Bewegung des Papiers ist direkt der axialen Bewegung der Sonde zugeordnet, so daß die entstehende Wiedergabe genau die Beziehung zwischen der axialen Bewegung des Fühlers und seiner vertikalen Verlagerung zeigt.

Im Betrieb wird das zu messende Werkzeug in den Lagerblock und in die Klemme eingespannt, während der Fühler an der hinteren Kante des erhabenen Bereiches 44 der Hinterschnittfläche angelegt wird, indem der Fühlersupport mit Hilfe der radialen Vorschubeinrichtung 34 in die entsprechende radiale Lage gebracht wird. Wenn sich der Fühler in der vorgesehenen Lage befindet, wird er dann in einer axialen Ebene des Werkzeugs bewegt, indem die Kurbel 32 entsprechend bedient wird, wodurch der waagerechte Arbeitstisch bewegt wird, auf dem die radiale Führung, der Fühlerblock und der Fühler sitzen, Mit der Bewegung des Fühlers in Richtung auf die Schneidkappe 55 in der Richtung des Pfeils A in Fig. 2 wird die Fühlerspitze 24 entsprechend dem Hin.terschnittwinkel des Schneidwerkzeugs verlagert. Diese V_erlagerung spiegelt sich durch die Bewegung des Schreibstiftes 38 ^auf dem automatisch weiterlaufenden Diagrammpapier 40 wider, was.zur Dar-

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stellung führt, die in Fig. 4 gezeigt ist.

Aus Pig. 2 ist zu sehen, daß der Bewegungsweg A des Fühlers erfindungsgemäJB wesentlich langer ist und einen größeren Raum darstellt, von dem aus die Beziehung zwischen der vertikalen Verlagerung und dem axialen Weg gemessen werden kann., als das bei der bekannten Methode der Fall ist, die durch die Bewegung in der Richtung B wMerge geben, ist. In. diesem Zusammenhang zeigt Fig. 3 eine Endansicht eines Schneidwerkzeugs mit einer Hinterschnittfläche 48, deren Winkel zu messen ist. Beim bekannten Verfahren wird eine gerade Kante 46 an die Fläche 48 angelegt, um den. Winkel der Fläche 48 zu messen. In Fig. 3 sind die Schwierigkeiten erkennbar, die dieser Methode anhaften. Beispielsweise hat die Hinterschnittfläche 48 eine exzentrische Form, die eine gekrümmte Fläche biledet, welche gemessen werden soll, so daß es schwierig ist, eine genaue Ablesung des Winkels der Fläche zu erhalten, indem mit einer geraden. Kante gearbeitet wird, die bei 46 gezeigt ist.

Die Hinterschnittfläche, die allgemein, als "exzentrisch" bezeichnet wird, repräsentiert allgemein eine gekrümmte Fläche, wenn, das Werkzeug in einer Querebene betrachtet wird. Die exzentrische Fläche ist tatsächlich jedoch ein Teil einer Drehspirale, die eine geradlinige Oberfläche in der axialen Ebene des Schneidwerkzeugs bildet, beispielsweise in der Ebene, die dem Bewegungsweg A in Fig. 2 zugeordnet ist. Der Weg des Fühlers

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längs des Wegs A erzeugt also eine geradlinige Darstellung der Beziehung zwischen, der vertikalen. Verlagerung und dem axialen Weg, der durchlaufen wird, wie das durch die grafische Darstellung in Fig. 4 gezeigt ist. Während also der Kontaktweg vom Punkt "a^u zum Punkt "b" in Fig. 2 durch einen gekrümmten Weg dargestellt wird, wird der Kontaktweg vom Punkt "a" zum Punkt "c" durch eine gerade Linie dargestellt. Der geradlinige Weg vom Punkt "a" zum Punkt "c¹¹ läßt sich leicht in eine Winkelbeziehung umdeuten. Der scharfe Abfall in der Linie in Fig. 4 stellt den. Punkt dar, an. dem der Fühler das Ende der Erhöhung erreicht und außer Kontakt mit der Schneidkante 55 gelangt.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die durch den Schreiber 36 erzeugte Darstellung den. Hinterschnittflächenwinkel des Schneidwerkzeugs sichtbar macht, der in der axialen Ebene des Werkzeugs gemessen ist. Da der gemeinsame Bezug auf den. Hinterschnittflächenwinkel in einer Querebene des Werkzeugs liegt, kann, eine weitere Umwandlung dieser Anzeige wünschenswert sein. Gemäß dem Konzept der archimedischen Spirale hängt eine Umwandlung der Messung des Hinterschnittwinkels in der axialen. Ebene des Werkzeugs von dem Steigungswinkel der Schneidkante des Werkzeugs ab. Diese Beziehung ist die folgende:

Tangens des Hinterschnittwinkela in der Querebene -

Tangens des Hinterschnittwinkels in der axialen Ebene

Tangens des Steigungswinkels

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Beispielsweise stellt gemäß der Darstellung in Pig. \ <£ X den Weg dar, den der Fühler in der axialen Richtung durchläuft, während <^y die vertikale Verlagerung des Fühlers darstellt, die dem axialen Weg zugeordnet ist. Die Neigung der Linie in Fig. 4, >oy /oX, stellt also den Tangens des Hinterschnittwinkels dar, gemessen in der axialen Ebene des Werkzeugs, die in Richtung A gemäß der Darstellung in Fig. 2. Wenn beispielsweise die durch dargestellte Neigung 0,1000 wäre, betrüge der gemessene

Winkel der Hinterschnittfläche in der axialen Ebene 5 43 Minuten Für ein Schneidwerkzeug mit einer Steigung von 30 beträgt der Tangens des Hinterschnittwinkels in der Querebene

Tangens 5 43' _ 0,1000 _ _Q Tangens 30° 0,5773

Der Tangens des Hinterschnittwinkels in der Querebene wäre also der Bogentangens von D,17321, also 9 und 50 Hinuten.

Die Umwandlung des gemessenen Winkels in der Axialebene des Wa?erkzeugs zum Winkel in der Querebene des Werkzeugs wird vereinfacht, indem ein Rechenschieber gemäß der Darstellung in. Fig. 5 verwendet wird. Dieser Rechenschiebe enthält die Beziehung zwischen dem Gefälle und dem Weg oder -3 Y bzw. ~$ X und wandelt diese Beziehung direkt in das Gradmaß des Hinterschnittwinkels in der Querebene um. Wie zu sehen ist, wird auch die andere Veränderliche, die dabei auftritt, der Steigungswinkel,

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in der Endumwandlung der Ausgangsdaten, in. den gewünschten Hinterschnittfreiwinkel verwendet, indem mit dem Rechenschieber gearbeitet wird. Erfindungsgemäß sind also eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgesehen, um in wirkungsvoller Weise und genau den Hinterschnittwinkel eines Schneidwerkzeugs zu bestimmen, wobei eine Messung in der Axialebene des Werkzeugs verwendet wird und eine anschließende Umwandlung in einen echten Wert in der Querebene erfolgt.

Es versteht sich, daß die Vorrichtung und das Verfahren zwar unter besondere Bezugnahme auf die Messung des peripheren Winkels beschrieben worden sind, wenn es sich bei der Hinterschnittfläche um eine archimedische Spirale handelt, es ist aber festgestellt worden, daß in. der gleichen Weise geprüft und in der axialen Richtung aufgezeichnet werden kanii, um Hin.tersch.ittflachen aufzuwerten, die andere Formen hat. Es lassen sich also flache und sowohl konvexe als auch konkave bogenförmige Hinterk Schnittflächen genau aufzeichnen und analysieren. Dieser Vorteil wird von dem einfachen Aufbau der Vorrichtung erzielt, ihrer Reproduzierbarkeit innerhalb von engen Grenzen und ihrer Schaubilddarstellung der Ergebnisse in Diagrammform.

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Claims

-13- 212397? Pa t e nt ans prü c he

1. Verfahren zum Messen des Hinterschnittwinkels eines Spiralschneidwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug drehfest gelagert wird, daß das Werkzeug und ein an der Hinterschnittfläche angreifender Fühler in axialer Richtung des Werkzeugs relativ zueinander bewegt werden, der Fühler in. Anlage an dem Werkzeug über einen bestimmten Weg hinweg längs der Linien an der Hinterschnittfläche des Werkzeugs gehalten, wird, die in einer axialen Ebene des Werkzeugs liegen, in der die Spitze des Fühlers liegt, und auf einer Darstellvorrichtung das Maß der Verlagerung des Fühlers in einer Richtung im rechten Winkel zur Achse des Werkzeugs dargestellt wird, die während der bestimmten Bewegung des Fühlers in. einer axialen. Richtung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler in einer axialen Ebene dem Werkzeug gegenüber bewegt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß automatisch eine Darstellung erzeugt wird, die die Beziehung der vertikalen Verlagerung des Füh-

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lers zum Maß der Bewegung des Fühlers in einer axialen Richtung auf einer Schreibvorrichtung zur Umwandlung in einen Hinterschnittflächenwinkel in der Querebene des Werkzeugs zeigt.

4· Vorrichtung zum Messen, des Hin.terschnittwinkels eines Spiralschneidwerkzeugs, geken. nzeichn. et durch einen. Sockel, erste Lagermittel am Sockel zum drehfesten Lagern, des Werkzeugs, zweite Lagermittel am Sockel zum Lagern der Spitze eines Fühlers in. Anlage an einer Hinterschnittfläche am Werkzeug, radiale Stellmittel zur Bewegung der zweiten. Lagermittel und des Werkzeugs relativ zueinander derart, daß die Spitze des Fühlers in und außer Anlage an dem Werkzeug in einer radialen. Richtung innerhalb einer axialen Ebene des Werkzeugs bringbar ist, Vorschubmittel zur Bewegung der ersten und der zweiten. Lagermittel relativ zueinander in der Richtung der Achse des Schneidwerkzeugs derart, daß die Spitze des Fühlers innerhalb der axialen Ebene bleibt, wobei die Spitze des Fühlers relativ zu den zweiten Lagermitteln in Erwiderung auf Änderungen in. dem Abstand zwischen der Werkzeugachse und der Hinterschnittfläche des Werkzeugs während der Relativbewegung der Vorschubmittel verlagerbar ist, und Darstellmittel zur Erzeugung einer Darstellung als eine Funktion, der Verlagerung der Spitze des Fühlers, die während einer bestimmten Größe der Relativbewegung der Vorschubmittel erfolgt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch führungsmittel zum axialen Einstellen der Lage der ersten Lagermittel am Sockel.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Einstellmittel öine vertikale Führung und vertikale Vorschubmittel umfassen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bewegung der ersten und der zweiten Lagermittel relativ zueinander einen waagerecht bewegbaren Tisch umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellmittel einen Schreiber umfassen, der mit dem Fühler gekoppelt ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreiber einen Aufzeichnungsträger umfaßt, der in Verbindung mit der axialen Bewegung des Fühlers bewegbar ist, ferner ein Schreibwerk, das auf die radiale Verlagerung des Fühlers anspricht, derart, daß das Schreibwerk auf dem Aufzeichnungträger die radiale Verlaegerung des Fühlers längs einer entsprechenden axialen Bewegung aufzeichnet.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreiber Mittel zum Kopieren
einer Linie umfaßt, die die Beziehung zwischen der axialen Bewegung des Fühlers und der radialen Verlagerung des Mihlers darstellt, derart, daß eine effektive Darstellung des Hinterschnittwinkels des Werkzeugs entsteht, gemessen in.
einer axialen Ebene.

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