DE3640522C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Umfangsfräser zum Bearbeiten der Kanten von vorgeschobenen oder entlang der Kanten zu einem Fräskörper in Relativbewegung gesetzten Blechen, wobei der mit Rundschneiden versehene Umfangsfräser motorisch in Umdrehung gesetzt wird und die Schneidenlängsachsen der Rundschneiden zum Fräskörper radial etwa so angeordnet sind, daß sie in gleichmäßigen radialen und diagonalen Abständen wechselweise oberhalb und unterhalb der Dickenmittellinie des Bleches liegen.

Fräskörper mit zylindrischen Schneidelementen, welche in ihren Längsachsen gelagert sind, sind u. a. aus der EP-00 38 923 bekannt. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen, rotierenden Schneidwerkzeug handelt es sich um einen Stirn­ fräser, bei dem die bearbeitete Oberfläche senkrecht zur Drehachse des Fräskörpers steht. Die Drehachsen der Schneiden dieses bekannten Stirnfräsers sind parallel zur Bearbeitungsfläche angeordnet. Infolgedessen werden für die zerspanenden Werkzeugflächen die Stirnseiten der zylindri­ schen Schneiden verwendet. Dieser bekannte Stirnfräser kann jedoch beim Bandkantenfräsen nicht den praktischen Anwen­ dungsbedingungen entsprechend eingesetzt werden und einer der Hauptgründe hierfür ist die zu niedrige erreichbare Fräs­ leistung, die aus den geometrischen Bedingungen entspre­ chenden, kleinen Eingriffslängen resultiert. Somit sind die bei diesem bekannten Schneidwerkzeug vorliegenden zer­ spantechnischen Bedingungen und damit die Zerspaneffizienz außerordentlich ungünstig.

Ein Umfangsfräser der genannten Art ist aus der DE-OS 27 35 283 bekannt. Hierbei besteht zwischen dem Fräskörper und den Rundschneiden eine feste, nicht verdrehbare Schraubenverbindung, so daß die Verdrehung der Schneiden während des Eingriffes nicht ermöglicht ist. Durch die konzentrierte Belastung der Schneidkante sind daher bei Hochleistungsanwendungen nur sehr geringe Standzeiten möglich. Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Um­ fangsfräsers liegt auch darin, daß die Bearbeitung des zur Plattenmittellinie verlaufenden V-förmigen Schrägschnittes entweder mit zwei geneigt angestellten Fräsern oder mit einem aus oberen und unteren Schneiden bestehenden, zweiteiligen Fräser durchgeführt werden muß. In beiden Fällen sind die Zerspanbedingungen im Bereich der Plattenmittellinie äußerst ungünstig, da hier bei den Kontaktpunkten der Schneidscheiben im Schnittlinienbereich der Wert des Spanwinkels jeweils gleich Null ist, so daß bei der Bearbeitung von Blechen eine ständige Schneidenbruchgefahr besteht. Dieser bekannte Kantenfräser kann infolgedessen praktisch nicht zur Be­ arbeitung von metallischen Werkstücken eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Umfangsfräser zur Bearbeitung der Kanten von Blechen zu schaffen, der die Ansprüche von Hochleistungs-Bearbei­ tungsverfahren mit sehr guter Standzeit erfüllt.

Ausgehend von einem Umfangsfräser der eingangs definierten Art, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Rundschneiden mittels Lagern am Fräskörper verdrehbar angeordnet sind und daß die axialen und radialen Positionen der Schneidendrehachsen jeweils oberhalb bzw. unterhalb der Dickenmittellinie des Bleches durch diese Lager in der Weise bestimmt sind, daß jede Rundschneide einen für den Fräs­ vorgang effektiven Schneidkantenbereich zwischen zwei Schneidkantenpunkten P ₁ und P ₂ aufweist, von denen der Schneidkantenpunkt P ₁ durch eine Projektion der Schneiden­ drehachse in die Schneidkantenebene senkrecht zur Dreh­ richtung des Fräskörpers und der Schneidkantenpunkt P ₂ durch eine Projektion der Schneidendrehachse in die Schneid­ kantenebene parallel zur Drehrichtung des Fräskörpers definiert ist, wobei diese Schneidkantenpunkte P ₁ und P ₂ stets außerhalb des effektiven Schneidkantenbereichs liegen, wodurch die Zerspankräfte während des Eingriffes jeweils auf den Mantel einer Rundschneide wirkend ein Drehmoment zur periodischen Verdrehung der Rundschneide erzeugen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Umfangsfräsers wird ein in Zusammenhang mit der Schneidkantenbelastung günstiger, ziehender Schnitt sowie entsprechend dem Umfang der Schneidkante eine vollständige Schneidenlängenausnutzung gewährleistet. Durch die sich aufgrund der Zerspankräfte um ihre eigenen Achsen verdrehenden Rundschneiden wird beim Zerspanen die auf einen Zahn wirkende Schnittleistung entsprechend der Länge des Schneidkantenumfanges verteilt, wodurch gegenüber einem herkömmlichen Umfangsfräser we­ sentlich niedrigere spezifische Schnittkantenbelastungen erreicht werden.

Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus aber auch, daß der wirksame Schneidkantenbereich einer Rundschneide jeweils gegeben ist durch den Bereich zwischen den beiden Schneid­ kantenpunkten P ₁ und P ₂, derart, daß diese Schneidkan­ tenpunkte nicht erreicht werden, so daß zum einen der Schneidkantenpunkt P ₁ mit einem sich dem Wert Null nähernden Spanwinkel vermieden wird, zum andern aber auch der Schneid­ kantenpunkt P ₂ ausgeschlossen ist, in dem die Zerspankräfte kein Moment erzeugen.

Die Relativbewegung zwischen der Fräsvorrichtung und dem Blech kann in bekannter Weise entweder durch die Vor­ schubbewegung des Bleches oder der Fräsvorrichtung erfolgen. Die erfindungsgemäße Ausbildung hat bei der Bearbeitung von Blechbändern bevorzugte Bedeutung, da in der Praxis auf diesem Gebiet höhere Fräsleistungen angewendet werden als bei Bearbeitungsfällen mit bewegter Fräsvorrichtung.

Aus diesem Grunde werden die Eigenschaften des erfindungs­ gemäßen Umfangsfräsers am Beispiel der Bearbeitung von vorgeschobenen Blechbändern dargestellt.

Die Rundschneiden des Fräskörpers können vorzugsweise mit zylindrischer oder ähnlicher Form mit konkaver oder konischer Mantelkonturlinie ausgelegt sein. Die Konstruktion der Schneiden kann zweckmäßigerweise so gestaltet werden, daß beide begrenzenden Kanten der so zur Verwendung kommenden Drehkörper als Schneidkanten verwendet werden. Insbesondere werden Hartmetallschneiden verwendet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn die Neigung der Schneidendrehachse gegenüber einer Bearbeitungs-Solleben unter einem Neigungswinkel in der Weise gewählt ist, daß die Bearbeitungs-Sollebene im Bereich der oberen und unteren Blecheckkanten mit einem elliptischen Schnittbogen einer Rundschneide übereinstimmt.

Die Rundschneiden mit ihren kreisförmigen Schneidkanten erzeugen entsprechend der Lage ihrer zur Fräskörper-radialen parallelen Längsachsenposition auf dem Blech eine solche Bearbeitungskontur, die als Ellipsenbogen beschrieben werden kann. Dadurch ergibt sich eine mögliche Korrektur der Schnittflächenlage im Vergleich zu der oberen und unteren Blechebene.

Um die Zerspankräfte als auf die Schneiden wirkendes Dreh­ moment nützen zu können, ist es notwendig, daß die Schnitt­ kraftresultierende oberhalb oder unterhalb der jeweiligen Drehachse der Schneiden zur Wirkung kommt. Dadurch ergibt sich, daß der erwähnte Ellipsenbogen großteils oder voll­ kommen zwischen den beiden Ellipsenachsen liegt, wodurch bei einer auf die gewünschte Schnittebene waagrechten Schnei­ denachsenposition eine von der gewünschten Lage geringfügig abweichende gewölbte Fläche erzeugt wird. Die geringste Abweichung zur Lage der gewünschten Bearbeitungsebene kann dann erreicht werden, wenn die durch den Ellipsenbogen bestimmte gekrümmte Fläche im Bereich der zwei Eckkanten des Bleches mit der Bearbeitungs-Sollebene übereinstimmt. Um diese Bedingung einhalten zu können, ist es notwendig, daß die Drehachsen der Rundschneiden - in Bearbeitungslage gesehen, - gegen die Richtung der Bearbeitungs-Sollebene entsprechend geneigt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Umfangsfräsers zum Bearbeiten der Kanten von Blechen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Mantels eines Fräskörpers mit der erfindunggemäßen Schneiden­ anordnung in einer Teilabbildung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der auf die Drehebene bezogenen projizierten Lage der versetzten Mit­ tenachse der drehbar gelagerten Schneiden in Schnitt­ position;

Fig. 4 die Schnittkontur einer bearbeiteten Fläche mit zur Drehebene des Fräskörpers parallel gelegenen Schnei­ denachsen in schematischer Darstellung; und

Fig. 5 Näherung der Lage zur gewünschten Schnittebene durch Neigung der in Fig. 4 dargestellten elliptischen Schnittkontur.

In der Fig. 1 ist ein Umfangsfräser entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch im Seiten­ schnitt dargestellt, wobei ein zylindrischer Fräskörper 1 um seine Längsachse O in einer Drehrichtung D in Umdrehung gebracht wird und den Rand eines in Richtung V vorgeschobenen Bleches 2 bearbeitet. Die Bearbeitungslage des Blechrandes ist durch auf die beiden Blechebenen angepreßt wirkenden Führungsrollen 3 bestimmt.

An dem Fräskörper 1 sind in gleichmäßigen Radialpositionen in regelmäßigen Abständen voneinander Rundschneiden 4 mittels Lagern 7 verdrehbar angeordnet. Hierbei sind die Rund­ schneiden 4 jeweils mit Schrauben 5 fest mit den auf der gleichen Längsachse zum Fräskörper 1 etwa radial gelegenen Wellen 6 verbunden. Es ist vorteilhaft, wenn die Drehachsen der Wellen 6 wechselweise in gleichmäßigen Abständen oberhalb und unterhalb der Blechdicken-Mittellinie angeordnet sind. Die Lager 7 sind mit Befestigungselementen 8 mit dem Fräs­ körper 1 verbunden. Die Positionen der Wellen 6 sowie der damit verbundenen Rundschneiden 4 jeweils oberhalb bzw. unterhalb der Dickenmittellinie des Bleches 2 sind durch die Lager 7 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung in der Weise bestimmt, daß eine jede der Rundschneiden 4 einen für den Fräsvorgang effektiven Schneidkantenbereich zwischen zwei Schneidkantenpunkten P ₁ und P ₂ aufweist, wie dies im folgenden anhand der Fig. 2 näher erläutert wird, in der der Mantel eines erfindungsgemäßen Umfangsfräsers in einem Teilbild schematisch abgewickelt dargestellt ist.

Die Position des Bleches 2 ist strichliert angedeutet. Die Drehrichtungen R ₁ und R ₂ der nacheinander in Schnitt kommenden Rundschneiden 4, deren Drehachse 9 jeweils wechsel­ weise unterhalb und oberhalb der Blechdickenmittellinie in gleichmäßigen Abständen liegt, sind gegensinnig. Demzufolge wirken die auf die Blechebene auftretenden Reaktionskraft­ komponenten bei den nacheinander in Schnitt kommenden Rundschneiden 4 aufeinander kompensierend.

Der eine Schneidkantenpunkt P ₁ des effektiven Schneidkan­ tenbereichs ist durch eine Projektion der Schneidendrehachse 9 in die Schneidkantenebene senkrecht zur Drehrichtung D des Fräskörpers 1 definiert, während der andere Schneidkan­ tenpunkt P ₂ durch eine Projektion der Schneidendrehachse 9 in die Schneidkantenebene parallel zur Drehrichtung D des Fräskörpers 1 definiert ist. Weiterhin liegen hierbei diese Schneidkantenpunkte P ₁ und P ₂ stets außerhalb des effektiven Schneidkantenbereiches einer Rundschneide 4, wodurch die Zerspankräfte während des Eingriffes jeweils auf den Mantel einer Rundschneide 4 wirkend ein Drehmoment zur periodischen Verdrehung der Rundschneide 4 erzeugen.

Da einerseits in dem Schneidkantenpunkt P ₁ sich der Span­ winkel dem Wert Null nähert und andererseits in dem Schneid­ kantenpunkt P ₂ die Zerspankräfte kein Moment erzeugen können, muß der Schnittbereich stets außerhalb dieser beiden Schneid­ kantenpunkte P ₁ und P ₂ liegen. Diese Bedingungen können sehr gut erfüllt werden, wenn der Schnittbereich etwa mittig zwischen den beiden Schneidkantenpunkten P ₁ und P ₂ ausgelegt ist, wobei es ferner auch vorteilhaft ist, wenn die ver­ wendetete Blechdicke kleiner als die Hälfte des Schneid­ kantenradius gewählt wird.

Durch diese Merkmale können die während des Schnittes auftretenden Zerspankräfte auf die Rundschneiden 4 jeweils ein Drehmoment ausüben und sie auf solche Weise in Drehung versetzen. Dadurch werden zwei wesentliche Wirkungen er­ reicht, nämlich ein ziehender Schnitt mit niedrigem Zer­ spanwiderstand und niedriger Schneidkantenbelastung durch Ausnutzung der dem Umfang entsprechenden Schneidkantenlänge. Im Endeffekt steigern beide Wirkungen die Standzeit und die Belastbarkeit des Fräskörpers.

Ein weiterer Vorteil der dargestellten Schneidenanordnung besteht darin, daß gegenüber einer Fräskopfkonstruktion ohne diagonalen Schneidenversatz eine wesentlich höhere Zähnezahl erreicht werden kann.

In der Fig. 3 ist die auf die Fräskörperdrehebene bezogene projizierte Position einer versetzten Schneidendrehachse 9 in schematischer Darstellung gezeigt.

In Draufsicht sind schematisch ein Blech 2, ein Fräskörper 1 sowie eine darauf angeordnete Rundschneide 4 dargestellt, deren Drehachse 9 in Drehrichtung D des Fräskörpers 1 parallel zu dessen Radialrichtung um einen gezeichneten Versatz E verschoben ist. Dadurch wird erreicht, daß der Flugkreis der in Drehrichtung gelegenen Seite der kreis­ förmigen Schneidkante größer ausgelegt ist als jener der in Höhe der Blechebene befindlichen anderen Seite. Bei der auf dem Fräskörper 1 radial angeordneten Schneiden-Achsenposition würde die gegenüber der Drehrichtung D gelegene Seite der Schneidkante auf der geschnittenen Fläche gleiten, womit unnötiger Verschleiß entstehen würde.

Fig. 4 zeigt die Schnittkantenkontur einer Rundschneide 4 des in Drehrichtung D angetriebenen, um seine eigene Drehachse O sich drehenden Fräskörpers 1 in schematischer Darstellung, wobei die Achsenlinie der Rundschneide 4 zur Drehebene des Fräskörpers 1 parallel angeordnet ist. Die Lage zur Er­ reichung der gewünschten Schnittfläche ist mit der Bear­ beitungs-Sollebene A angedeutet. Die tatsächliche Bear­ beitungskontur liegt auf einem elliptischen Bogen schräg zur Sollfläche.

Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 schematisch dargestellten Um­ fangsfräser mit geneigter Schneidendrehachse 9, deren Neigungswinkel Φ gegenüber der Bearbeitungs-Sollebene A so gewählt ist, daß im Bereich der beiden (oberen und unteren) Blecheckkanten die durch den Ellipsenbogen bestimmte, gekrümmte Fläche mit der gewünschten Bearbeitungs-Sollebene A übereinstimmt. Bei einer derartigen Anordnung kann eine sehr gute Genauigkeit der Lage der zu bearbeitenden Fläche erzielt werden.

Claims (2)

1. Umfangsfräser zum Bearbeiten der Kanten von vorgeschobenen oder entlang der Kanten zu einem Fräskörper (1) in Relativbewegung gesetzten Blechen (2), wobei der mit Rundschneiden (4) versehene Umfangsfräser motorisch in Umdrehung gesetzt wird und die Schneidenlängsachsen (9) der Rundschneiden (4) zum Fräskörper (1) radial etwa so angeordnet sind, daß sie in gleich­ mäßigen radialen und diagonalen Abständen wechselweise oberhalb und unterhalb der Dicken­ mittellinie des Bleches (2) liegen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rundschneiden (4) mittels Lagern (7) am Fräskörper (1) verdrehbar angeordnet sind und
daß die axialen und radialen Positionen der Schneidendrehachsen (9) jeweils oberhalb bzw. unterhalb der Dickenmittellinie des Bleches (2) durch die Lager (7) in der Weise bestimmt sind, daß jede Rundschneide (4) einen für den Fräs­ vorgang effektiven Schneidkantenbereich zwischen zwei Schneidkantenpunkten P ₁ und P ₂ aufweist, von denen
P ₁ durch eine Projektion der Schneidendrehachse (9) in die Schneidkantenebene senkrecht zur Drehrichtung (D) des Fräskörpers (1) und
P ₂ durch eine Projektion der Schneidendrehachse (9) in die Schneidkantenebene parallel zur Dreh­ richtung (D) des Fräskörpers (1) definiert ist, wobei diese Schneidkantenpunkte P ₁ und P ₂ stets außerhalb des effektiven Schneidkantenbereichs liegen, wodurch die Zerspankräfte während des Eingriffes jeweils auf den Mantel einer Rund­ schneide (4) wirkend ein Drehmoment zur perio­ dischen Verdrehung der Rundschneide (4) er­ zeugen.

2. Umfangsfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Schneidendrehachse (9) gegenüber einer Bearbeitungs-Sollebene (A) unter einem Neigungswinkel (Φ) in der Weise gewählt ist, daß die Bearbeitungs-Sollebene (A) im Bereich der oberen und unteren Blecheckkanten mit einem elliptischen Schnittbogen einer Rundschneide (4) übereinstimmt.