Die Erfindung betrifft einen Kugelstirnfräser mit mindestens
einem lösbar an einem Stirnfräserkörper angebrachten Schneid
einsatz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Fig. 1 bis 3 ist ein üblicher Kugelstirnfräser dargestellt,
wie er in der veröffentlichten, geprüften japanischen Patent
anmeldung Nr. 59-21 725 beschrieben ist. Der Stirnfräser um
faßt einen im allgemeinen zylindrischen Stirnfräserkörper 100
und einen einstellbaren Schneideinsatz 102, der lösbar am
vorderen Ende des Stirnfräserkörpers 100 angebracht ist. Der
Einsatz 102 umfaßt eine Platte, die durch eine vordere Fläche
104, eine hintere Fläche 106 und eine Umfangsseite, die zwi
schen der vorderen und hinteren Fläche 104 und 106 liegt, be
grenzt wird. Ein Paar gegenüberliegender, allgemein V-förmi
ger Kerben 108 sind in der Umfangsseite ausgebildet, um die
Umfangsseite zu unterbrechen und ein Paar gegenüberliegender
Seitenflächen 110 zu schaffen. Jede V-förmige Kerbe 108 er
streckt sich von der vorderen Fläche 104 zur hinteren Fläche
106 und wird durch ein Paar erster und zweiter gegenüberlie
gender Wände 112 und 114 begrenzt. Die erste Wand 112 ist
flach und senkrecht zur vorderen Fläche 104, während die
zweite Wand 114 konvex gekrümmt ist, gesehen in einer Rich
tung senkrecht zur ersten Wand 112. Jede der Seitenflächen
110 nimmt eine allgemein quadrantische Form ein, gesehen in
einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 104, und wirkt
mit der vorderen Fläche 104 und der gekrümmten Seitenwand 114
der Kerbe 108 zusammen, um eine Schneidkante 116 auszubilden,
die konvex bogenförmig ist, gesehen in der gleichen Richtung.
Eine der Schneidkanten 116 des Einsatzes 102 ist in einer
Arbeitsstellung eingestellt, wobei sie sich nach außen über
das vordere Ende und den äußeren Umfang des Stirnfräserkör
pers 100 erstreckt, und der vordere Endabschnitt 116 a der
eingestellten Schneidkante 116, der benachbart zu einer Achse
O des Stirnfräserkörpers 100 liegt, ist konvex gekrümmt,
gesehen in axialer Richtung des Stirnfräserkörpers 100.
Bei dem oben beschriebenen Kugelstirnfräser beginnt der Ein
griff des vorderen Endabschnitts 116 a der eingestellten
Schneidkante 116 in das Werkstück zuerst, worauf dann die
anderen Abschnitte der Schneidkante 116 in das Werkstück ein
greifen, wenn sich der Stirnfräserkörper 100 dreht. Entspre
chend nimmt die Schneidlast beim Fortschreiten des Schneidvor
gangs allmählich zu, so daß eine große Belastung zu keinem
Zeitpunkt auf die eingestellte Schneidkante 116 ausgeübt wird,
so daß die Schneidkante 116 weniger zu einer Beschädigung
neigt.
Bei einem derartigen bekannten Stirnfräser verhindert die
flache Wand 112 der V-förmigen Kerbe 108 jedoch eine glatte
Abführung der Späne während des Schneidvorgangs und bewirkt
eine Verklemmung der Späne.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugel
stirnfräser der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
daß eine bessere Spanabführung als auch eine größere Festig
keit der eingestellten Schneidkante gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete
Erfindung gelöst, d.h. es wird ein Kugelstirnfräser mit einem
Stirnfräserkörper geschaffen, der eine durch ihn verlaufende
Drehachse aufweist, und mit vorderen und hinteren Endabschnit
ten, mit einem umstellbaren ersten, lösbar am vorderen Endab
schnitt des Körpers angebrachten ersten Schneideinsatz, der
eine Platte mit vorderen und hinteren Flächen umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß die vordere Fläche mindestens eine allge
mein bogenförmige erste Randkante aufweist, die als eine ent
sprechende allgemein bogenförmige Hauptschneidkante dient,
daß die vordere Fläche mindestens eine kurze zweite Randkante
aufweist, die als entsprechende kurze Schneidkante dient,
daß die Hauptschneidkante einen vorderen, an einem Ende der
selben angeordneten Endabschnitt aufweist, der die kurze
Schneidkante so schneidet, daß ein durch den vorderen Endab
schnitt und die kurze Schneidkante begrenzter Winkel stumpf
ist, daß die vordere Fläche als eine Schneidbrustfläche für
die Schneidkanten dient, wobei ein Randflächenabschnitt der
vorderen Fläche benachbart zur kurzen Schneidkante angeord
net ist und der vordere Endabschnitt so gekrümmt ist, daß er
zur hinteren Fläche in Richtung der kurzen Schneidkante hin
geneigt ist, und daß die Anordnung des ersten Einsatzes in
bezug auf den Körper so ist, daß der vordere Endabschnitt
der Hauptschneidkante benachbart zur Achse des Körpers ange
ordnet ist, und daß die kurze Schneidkante sich vom vorderen
Endabschnitt über die Achse des Körpers hinaus in Richtung
des hinteren Endabschnitts des Körpers erstreckt, gesehen in
einer Richtung allgemein senkrecht zur vorderen Fläche.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrie
ben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines üblichen Kugelstirnfräsers von
vorne;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils des Stirnfräsers
von Fig. 1, gesehen in einer Richtung der Pfeile
II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 1;
Fig. 4 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung von vorne;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Stirnfräsers von Fig. 4;
Fig. 6 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 4;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stirn
fräsers von Fig. 4, der mittels eines Kreises VII
in Fig. 4 gekennzeichnet ist;
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stirn
fräsers von Fig. 4, der mittels eines Kreises VIII
in Fig. 6 gekennzeichnet ist;
Fig. 9 eine Aufsicht eines ersten in dem Stirnfräser von
Fig. 4 verwendeten Schneideinsatzes;
Fig. 10 eine Seitenansicht des Einsatzes von Fig. 9, gese
hen in Richtung der Pfeile X-X in Fig. 9;
Fig. 11 eine weitere Seitenansicht des Einsatzes von Fig. 9,
gesehen in Richtung der Pfeile XI-XI in Fig. 9;
Fig. 12 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 13 eine Seitenansicht des Stirnfräsers von Fig. 12;
Fig. 14 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 12;
Fig. 15 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stirn
fräsers von Fig. 12, der in Fig. 12 mittels des
Kreises XV gekennzeichnet ist;
Fig. 16 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stirn
fräsers von Fig. 12, der mittels eines Kreises
XVI in Fig. 12 gekennzeichnet ist;
Fig. 17 eine Aufsicht eines ersten Schneideinsatzes, der
an dem Stirnfräserkörper des Stirnfräsers von
Fig. 12 angebracht ist;
Fig. 18 eine Seitenansicht des Einsatzes von Fig. 17 ge
sehen in Richtung der Pfeile XVIII-XVIII in Fig. 17;
Fig. 19 eine weitere Seitenansicht des Einsatzes von Fig.
17, gesehen in Richtung der Pfeile XIX-XIX in
Fig. 17;
Fig. 20 eine Aufsicht eines zweiten Schneideinsatzes, der
an dem Körper des Stirnfräsers von Fig. 12 ange
bracht ist;
Fig. 21 eine Seitenansicht des Einsatzes von Fig. 20, ge
sehen in Richtung der Pfeile XXI-XXI in Fig. 20;
Fig. 22 eine weitere Seitenansicht des Einsatzes von Fig.
20, gesehen in Richtung der Pfeile XXII-XXII in
Fig. 20;
Fig. 23 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 24 eine Seitenansicht des Stirnfräsers von Fig. 23;
Fig. 25 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 23;
Fig. 26 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stirn
fräsers von Fig. 23 von vorne;
Fig. 27 eine Aufsicht eines ersten Schneideinsatzes, der
an dem Stirnfräserkörper des Stirnfräsers von
Fig. 23 angebracht ist;
Fig. 28 eine Aufsicht eines zweiten Schneideinsatzes, der
an dem Körper des Stirnfräsers von Fig. 23 ange
bracht ist;
Fig. 29 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 30 eine Seitenansicht eines Teils des Stirnfräsers
von Fig. 29;
Fig. 31 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 29;
Fig. 32 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 33 eine Seitenansicht des Stirnfräsers von Fig. 32;
Fig. 34 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 32;
Fig. 35 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stirn
fräsers von Fig. 32, der mittels eines Kreises
XXXV in Fig. 32 gekennzeichnet ist;
Fig. 36 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stirn
fräsers von Fig. 32, der mittels eines Kreises
XXXVI in Fig. 34 gekennzeichnet ist;
Fig. 37 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 38 eine Seitenansicht des Stirnfräsers von Fig. 37;
Fig. 39 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 37;
Fig. 40 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 41 eine Seitenansicht des Stirnfräsers von Fig. 40;
Fig. 42 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 40;
Fig. 43 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 44 eine Seitenansicht eines Teils des Stirnfräsers
von Fig. 43;
Fig. 45 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 43;
Fig. 46 eine Ansicht des Stirnfräsers von Fig. 43, gese
hen in Richtung der Pfeile XLVI-XLVI in Fig. 43;
Fig. 47 eine Ansicht eines Kugelstirnfräsers gemäß einer
neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
von vorne;
Fig. 48 eine Endansicht des Stirnfräsers von Fig. 47; und
Fig. 49 eine Schnittansicht längs der Linie XLIX-XLIX in
Fig. 47.
In den Fig. 4 bis 49 werden verschiedene Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich
nungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen für ähnliche
Teile oder Elemente in verschiedenen Ansichten verwendet
werden.
In Fig. 4 bis 11 ist ein Kugelstirnfräser gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, der
einen im allgemeinen zylindrischen Stirnfräserkörper 10 mit
einem allgemein halbkugeligen vorderen Endabschnitt und
einem hinteren Endabschnitt aufweist, wobei der hintere End
abschnitt zum Anbringen an eine Maschinenspindel geeignet
ist, so daß sich der Stirnfräserkörper 10 um eine durch ihn
verlaufende Achse O drehen kann. Am vorderen Endabschnitt
des Stirnfräserkörpers 10 ist eine Spantasche 12 ausgebildet,
die eine in Drehrichtung des Körpers 10 gerichtete Wandfläche
aufweist. Eine Aussparung 14 mit einer ebenen Bodenfläche ist
in der Wandfläche ausgebildet, und ein einstellbarer Schneid
einsatz 16 ist lösbar in der Aussparung 14 befestigt.
Der Schneideinsatz 16, siehe Fig. 9 bis 11, umfaßt eine all
gemein elliptisch geformte Platte, die durch eine vordere
Fläche 18, eine parallel zur vorderen Fläche 18 angeordnete
hintere Fläche 20 und durch zwei Paare erster und zweiter
Seitenflächen 22 und 24, die abwechselnd zueinander angeord
net sind und zwischen der vorderen und hinteren Fläche 18
und 20 liegen, begrenzt wird, wobei jede Seitenfläche sich
nach innen in die Platte in einer Richtung von der vorderen
Fläche 18 weg neigt. Die zwei ersten Seitenflächen 22 als
auch die zwei zweiten Seitenflächen 24 liegen einander gegen
über, so daß sie in bezug auf eine Achse der Platte oder des
Einsatzes symmetrisch sind. Jede erste Seitenfläche 22 ist
konvex gekrümmt, um eine quadrantische Form einzunehmen, ge
sehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 18,
und umfaßt einen mittleren bogenförmigen Abschnitt 22 a und
vordere und hintere ebene Abschnitte 22 b und 22 c, die an
gegenüberliegenden Enden des mittleren Abschnitts 22 a ange
ordnet sind, so daß sie tangential zum mittleren Abschnitt
22 a an gegenüberliegenden Enden verlaufen. Jede zweite Sei
tenfläche 24 a ist eben und sehr kurz, verglichen mit der
ersten Seitenfläche 22. Jede erste Seitenfläche und jede
zweite Seitenfläche schneiden einander so, daß zwischen ihnen
ein stumpfer Winkel gebildet wird. Der Einsatz hat ein Paar
konvex gekrümmter Hauptschneidkanten 26, die jeweils durch
den Schnitt einer entsprechenden ersten Seitenfläche 22 mit
der vorderen Fläche 18 gebildet wird, und ein Paar kurzer
Schneidkanten 28, die jeweils durch den Schnitt einer ent
sprechenden zweiten Seitenfläche 24 mit der vorderen Fläche
18 gebildet werden. Jede Hauptschneidkante 26 hat ein vorde
res Ende, an dem sie eine der kurzen Schneidkanten 28 schnei
det, und weist weiter ein hinteres Ende auf, an dem sie die
andere kurze Schneidkante 28 schneidet, wobei weiter ein
mittlerer Schneidkantenabschnitt 26 a und vordere und hintere
Endabschnitte 26 b und 26 c vorgesehen sind, die an gegenüber
liegenden Enden des mittleren Schneidkantenabschnitts 26 a
angeordnet sind. Ein durch die kurze Schneidkante 28 und eine
am vorderen Ende der Hauptschneidkante liegende Tangente
schließt einen stumpfen Winkel ein.
Die vordere Fläche 18 dient als Schneidbrustfläche für die
Schneidkanten und ein Randflächenabschnitt 30 derselben ist
benachbart zu jeder kurzen Schneidkante 28 angeordnet, und
die benachbarten vorderen und hinteren Endabschnitte 26 b und
26 c, die die kurze Schneidkante 28 schneiden, sind konvex
bogenförmig so, daß sie zur hinteren Fläche 20 in Richtung
der kurzen Schneidkante 28 geneigt sind, wodurch die vorderen
und hinteren Endabschnitte 26 b und 26 c jeder Hauptschneidkan
te 26 konvex gekrümmt sind, gesehen in einer Seitenansicht.
Da die ebenen vorderen und hinteren Abschnitte 22 b und 22 c
der ersten Seitenfläche 22 sich nach innen zur Platte in
einer Richtung von der vorderen Fläche 18 weg neigen, sind
die vorderen und hinteren Endabschnitte 26 b und 26 c der Haupt
schneidkante 26 ebenfalls gekrümmt, gesehen in einer Aufsicht.
Die Einsatzplatte hat eine mittlere durchgehende Öffnung 32.
Der Einsatz 16 wird in der Aussparung 14 aufgenommen und ist
dort mittels einer Klemmschraube 34, die durch die mittlere
Öffnung 32 verläuft, lösbar im Körper 10 befestigt, wobei
die hintere Fläche 20 mit der flachen Bodenfläche der Aus
sparung 14 zusammenpaßt, und zwar so, daß eine der Haupt
schneidkanten 26, die in einer Arbeitsstellung angeordnet
ist, sich ein wenig über den vorderen Endabschnitt des Kör
pers 10 erstreckt, wobei ein axialer Schneidbrustwinkel R
für die eingestellte Schneidkante 26 positiv ist. Wie man am
besten in Fig. 7 sieht, ist der vordere Endabschnitt 26 b der
eingestellten Hauptschneidkante 26 benachbart zur Achse O
des Körpers 10 angeordnet, und die kurze Schneidkante 28
schneidet die eingestellte Hauptschneidkante 26 an ihrem vor
deren Ende und erstreckt sich über die Achse O des Körpers 10
in Richtung des hinteren Endabschnitts des Körpers 10 hinaus.
Der Einsatz 16 ist weiter in seiner Stellung angeordent, in
dem man ein Paar der ebenen vorderen und hinteren Abschnitte
22 b und 22 c mit den flachen Abschnitten 14 a an der Wandfläche
der Aussparung in Anlage bringt.
Bei dem oben beschriebenen Kugelstirnfräser nimmt, da der
vordere Endabschnitt 26 b der Hauptschneidkante 26 konvex ge
krümmt ist, gesehen in axialer Richtung des Stirnfräserkör
pers 10, die Schneidlast beim Fortschreiten des Schneidvor
gangs allmählich zu, so daß keine große Schneidlast zu irgend
einem Zeitpunkt auf die Schneidkante 26 ausgeübt wird. Der
Einsatz 16 umfaßt keine Wand, wie die ebene Wand 112 bei dem
bekannten Einsatz 102, so daß der Kugelstirnfräser eine bes
sere Spanabführung, verglichen mit dem bekannten Kugelstirn
fräser, aufweist. Da der zwischen der kurzen Schneidkante 28
und der Tangente an das vordere Ende der Hauptschneidkante 26
begrenzte Winkel stumpf ist, hat die eingestellte Schneidkan
te 26 eine größere Festigkeit, auch in ihrem vorderen Ende.
Fig. 12 bis 22 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer zwei
ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der sich von
dem oben beschriebenen Kugelstirnfräser darin unterscheidet,
daß der Stirnfräserkörper 10 ein Paar diagonal gegenüberlie
gender Spantaschen 40 und 42 aufweist, die in dem allgemein
halbkugelförmigen vorderen Endabschnitt desselben angeordnet
sind, wobei ein Paar Aussparungen 44 und 46 in den Spanta
schen 40 und 42 ausgebildet sind, wobei die Aussparung 44
benachbart zur Achse O des Körpers 10 angeordnet ist, während
die Aussparung 46 radial nach außen von der Achse O des Kör
pers 10 beabstandet ist. Ein erster Schneideinsatz 48 wird
in der Aussparung 44 aufgenommen und dort lösbar mittels der
Klemmschraube 34 befestigt, während ein zweiter Schneidein
satz 50 in der Aussparung 46 aufgenommen ist und lösbar daran
mittels einer Klemmschraube (nicht dargestellt) befestigt
ist.
Wie in den Fig. 17 bis 19 dargestellt, weist der erste
Schneideinsatz 48 grundsätzlich eine ähnliche Konstruktion
wie der Einsatz 16 der ersten Ausführungsform auf, wobei zwei
erste Seitenflächen 52 in bezug auf eine Medianebene der
Platte oder des Einsatzes, die sich in Längsrichtung dessel
ben erstreckt, symmetrisch sind, und zwei zweite Seitenflä
chen 54 in bezug auf eine Medianebene, die sie quer dazu er
streckt, symmetrisch sind. Jede erste Seitenfläche 52 ist
konvex gekrümmt, so daß sie eine quadrantische Form einnimmt,
gesehen in einer Aufsicht, und umfaßt einen mittleren bogen
förmigen Abschnitt 52 a und vordere und hintere ebene Oberflä
chenabschnitte 52 b und 52 c, die an gegenüberliegenden Enden
des mittleren Abschnitts so angeordnet sind, daß sie tangen
tial zu dem mittleren Abschnitt 52 a an gegenüberliegenden
Enden verlaufen. Ein Randflächenabschnitt 60 der vorderen
Fläche 58 ist benachbart zu jeder zweiten Seitenfläche 54
angeordnet und ist länger als der des Einsatzes 16 der ersten
Ausführungsform, und weiter konvex so gekrümmt, daß er sich
in Richtung einer hinteren Fläche 62 zur zweiten Seitenfläche
54 hin neigt. Bei dieser Konstruktion ist jede Hauptschneid
kante 56 allgemein bogenförmig konvex, gesehen in einer
Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 58, und umfaßt einen
mittleren Schneidkantenabschnitt 56 a und vordere und hinte
re Endabschnitte 56 b und 56 c, wobei jeder Endabschnitt nicht
nur in einer Seitenansicht, sondern ebenfalls in einer Auf
sicht konvex gekrümmt ist. Zwischen der kurzen Schneidkante
63 und einer Tangente an das vordere Ende der Hauptschneid
kante wird ein Winkel α 1 begrenzt, der stumpf ist.
Der zweite Einsatz 50 ist, wie in Fig. 20 bis 22 dargestellt,
von ähnlicher Konstruktion wie der erste Einsatz 48, umfaßt
jedoch ein gegenüberliegendes Paar Seitenflächen 64, die
jeweils einen mittleren und einen vorderen Abschnitt 64 a und
64 b aufweisen, der durch eine bogenförmig gekrümmte Fläche
gebildet wird, und weiter einen ebenen hinteren Abschnitt 64 c
aufweisen, der sich von dem mittleren Abschnitt 64 a tangen
tial dazu an einem Ende erstreckt. Wie man weiter aus Fig. 21
und 22 sieht, wird jede Seitenfläche durch einen oberen, be
nachbart zur vorderen Fläche 68 angeordneten Abschnitt, der
sich allgemein senkrecht zur vorderen Fläche 68 erstreckt,
und einen unteren, nach innen in den Einsatz in einer Rich
tung von der vorderen Fläche 68 weg geneigten Abschnitt
begrenzt. Ein Randflächenabschnitt 66 der vorderen Fläche 68,
der benachbart zu jeder Seitenfläche 70 angeordnet ist, ist
so konvex gekrümmt, daß er in Richtung einer hinteren Fläche
72 zur zweiten Seitenfläche 70 geneigt ist. Auf diese Weise
ist jede Hauptschneidkante 74 allgemein bogenförmig konvex,
gesehen in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 68,
und umfaßt einen mittleren Schneidkantenabschnitt 74 a und
vordere und hintere Endabschnitte 74 b und 74 c. Der mittlere
Schneidkantenabschnitt 74 a und der vordere Endabschnitt 74 b
sind allgemein bogenförmig gekrümmt, gesehen in einer Ebene,
während der hintere Endabschnitt 74 c gerade ist, gesehen in
einer Aufsicht. Der vordere Endabschnitt 74 c schneidet eine
der kürzeren Seitenkanten 76 so, daß dazwischen ein stumpfer
Winkel α 2 ausgebildet wird, während der hintere Endabschnitt
74 c die andere kurze Schneidkante 76 so schneidet, daß da
zwischen ein allgemein rechter Winkel gebildet wird.
Wie im Fall der ersten Ausführungsform, ist der erste Ein
satz 48 so angeordnet, daß eine der Hauptschneidkanten 56
in einer Arbeitsstellung eingestellt ist, und daß ein axialer
Schneidbrustwinkel R 1 für die eingestellte Schneidkante 56
positiv ist. Der vordere Endabschnitt 56 b der eingestellten
Hauptschneidkante 56 ist benachbart zur Achse O des Körpers
10 angeordnet, und die kurze Schneidkante 63, die die einge
stellte Hauptschneidkante 56 an ihrem vorderen Ende schnei
det, erstreckt sich über die Achse O des Körpers 10 hinaus
in Richtung des hinteren Endabschnitts des Körpers 10. Weiter
umfaßt die Aussparung 44 zwei flache Oberflächenabschnitte
44 a in ihrer Wandfläche, und der erste Einsatz 48 wird in
seiner Stellung angeordnet, indem man ein Paar der ebenen
vorderen und hinteren Abschnitte 52 b und 52 c in Anlage mit
den flachen Oberflächenabschnitten 44 a bringt. Andererseits
wird der zweite Einsatz 50 in der Aussparung 46 aufgenommen,
wobei die hintere Fläche 72 mit der flachen Bodenfläche der
Aussparung 46 übereinstimmt, so daß eine der Hauptschneidkan
ten 74 in einer Arbeitsstellung eingestellt wird, so daß sie
sich längs des vorderen Endabschnitts des Körpers 10 er
streckt, und wobei der axiale Schneidbrustwinkel für die
eingestellte Schneidkante 74 positiv ist. Wie man am besten
in den Fig. 15 und 16 sieht, ist der vordere Endabschnitt 74 b
der eingestellten Hauptschneidkante radial von der Achse O
des Körpers 10 nach außen vom Körper 10 beabstandet. Hier
durch nehmen die eingestellte Haupt- und kurze Schneidkante
sowohl des ersten als auch des zweiten Einsatzes 48 bzw. 50
insgesamt allgemein eine S-Form ein, gesehen von einer End
ansicht. Die Aussparung 46 umfaßt weiter zwei flache Flächen
abschnitte 46 a in ihrer Wandfläche, und der zweite Einsatz
50 wird in seiner Stellung angeordnet, indem man einen ebenen
hinteren Abschnitt 64 c und eine zweite Seitenfläche 70 in
Anlage an die flachen Oberflächenabschnitte 46 a bringt.
Bei dem oben beschriebenen Kugelstirnfräser nimmt, da der
vordere Endabschnitt 56 b der Hauptschneidkante 56 des ersten
Einsatzes 48 als auch der vordere Endabschnitt 74 a der
Hauptschneidkante 74 des zweiten Einsatzes 50, gesehen in
einer Endansicht, konvex gekrümmt ist, die Schneidlast beim
Fortschreiten des Schneidvorgangs allmählich zu, so daß so
mit zu keinem Zeitpunkt auf die Schneidkante jedes Einsatzes
eine große Schneidlast ausgeübt wird. Jeder Einsatz 48, 50
umfaßt, nebenbei bemerkt, keine der flachen Wand 112 des be
kannten Einsatzes 102 ähnliche Wand, so daß entsprechend der
Stirnfräser eine bessere Spanabführung aufweist. Da die Win
kel α 1, α 2 stumpf sind, weist die eingestellte Hauptschneid
kante 56, 74 sogar an ihrem vorderen Ende eine größere Festig
keit auf.
Bei dieser zweiten Ausführungsform können weiter die Anord
nungen des ersten und zweiten Einsatzes 48 und 50 geändert
werden, so daß, wenn sich der Stirnfräserkörper 10 um seine
Achse O des Körpers 10 dreht, die eingestellte Schneidkante
56 des ersten Einsatzes 48 eine allgemein halbkugelförmige
Kontur mit einem größeren Durchmesser als dem einer halbku
gelförmigen Kontur, die mit der eingestellten Schneidkante
74 des zweiten Einsatzes 50 erzeugt werden kann, erzeugen
kann. Insbesondere können der erste und zweite Einsatz 48
und 50 so angeordnet werden, daß die bogenförmigen Schneid
kantenabschnitte 74 a und 74 b der Hauptschneidkante 74 des
zweiten Einsatzes 50 eine halbkugelförmige Kontur mit einem
um mindestens 0,1 mm kleineren Krümmungsradius als dem der
durch die Hauptschneidkante 56 des ersten Einsatzes 48 er
zeugten halbkugelförmigen Kontur, und daß der eingestellte
gerade hintere Endabschnitt 74 c der Hauptschneidkante 74 des
zweiten Einsatzes 50 eine zylindrische Kontur mit einem um
mindestens 0,1 mm kleineren Durchmesser als dem maximalen
Durchmesser der durch die Hauptschneidkante 56 des ersten
Einsatzes 48 erzeugten Kontur erzeugt. Bei dieser besonderen
Anordnung nimmt die Hauptschneidkante 56 des ersten Einsat
zes 48 hauptsächlich am Schneidvorgang teil, so daß man eine
glatte, halbkugelige Aussparung ohne abgestufte Abschnitte
erhalten kann, so daß ein derartiger Stirnfräser erfolgreich
beim Fräsen von z.B. Gesenken eingesetzt werden kann. Hin
sichtlich des zweiten Einsatzes 50 nimmt nur der Teil des
geraden hinteren Endabschnitts 74 c, der hinter dem Körper 10
von einem Punkt der Schneidkante 56 des ersten Einsatzes 48
angeordnet ist, der eine maximale kreisförmige Kontur erzeugt,
hauptsächlich am Schneidvorgang teil.
Fig. 23 bis 28 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zusätz
lich zu dem ersten und zweiten Einsatz 80 und 82 umfaßt der
Stirnfräser dritte und vierte Einsätze 84 und 86. Der erste
und zweite Einsatz 80 und 82 weisen im allgemeinen eine ähn
liche Konstruktion wie der erste und zweite Einsatz 48 und 50
der zweiten Ausführungsform auf, wobei jedoch diese Einsätze
80 und 82 Winkel α 3 und α 4 aufweisen, von denen jeder durch
eine kurze Schneidkante 88, 90 und den vorderen Abschnitt der
Hauptschneidkante 92, 94 begrenzt wird, und die größer als
die Winkel α 1 und α 2 des ersten und zweiten Einsatzes 48 und
50 bei der zweiten Ausführungsform sind. Entsprechend ist die
Festigkeit der eingestellten Schneidkante jedes Einsatzes 80,
82 an dem vorderen Ende weiter verbessert. Weiter ist bei dem
zweiten Einsatz 82 dieser Ausführungsform ein Randflächenab
schnitt 96 einer vorderen Fläche 98, die benachbart zur kur
zen Schneidkante 92 angeordnet ist, konvex so gekrümmt, daß
sie sich in Richtung der hinteren Fläche 150 zum vorderen
Endabschnitt der Hauptschneidkante 94 als auch in Richtung
der kurzen Schneidkante 90 neigt, d.h. in Richtung der Ecke,
in die die kurze Schneidkante 90 und der vordere Endabschnitt
der Hauptschneidkante 94 münden. Der dritte und vierte Ein
satz 84 und 86 sind quadratisch und identisch zueinander.
Jeder der Einsätze 84 und 86 ist lösbar am vorderen Endab
schnitt des Körpers 10 so angebracht, daß eine der Schneid
kanten in einer Arbeitsstellung eingestellt ist, um als eine
entsprechende Umfangsschneidkante 152, 154 zu wirken, und
daß die eingestellten Schneidkanten des dritten und vierten
Einsatzes 84 und 86 und die eingestellten Schneidkanten des
ersten und zweiten Einsatzes 80 und 82 in axialer Richtung
des Körpers, gesehen in Umfangsrichtung des Körpers 10, in
Reihe angeordnet sind. Ein axialer Schneidbrustwinkel R 2 für
den dritten und vierten Einsatz 84 und 86 als auch der axiale
Schneidbrustwinkel R 1 für den ersten und zweiten Einsatz 80
und 82 ist positiv eingestellt. Das Vorsehen derartiger zu
sätzlicher Einsätze 84 und 86 gestattet, daß der Stirnfräser
für ein Tieffräsen verwendet wird. Weiter kann bei dieser
Ausführungsform der zweite Einsatz entfallen.
Fig. 29 bis 31 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der sich
von der dritten Ausführungsform darin unterscheidet, daß der
erste und zweite Einsatz 80 und 82 in der dritten Ausführungs
form durch den ersten und zweiten Einsatz 48 und 50 der zwei
ten Ausführungsform ersetzt werden, und darin, daß der dritte
und vierte Einsatz 84 und 86 so angeordnet wird, daß ein
negativer axialer Schneidbrustwinkel R 3 gegeben ist, obwohl
der axiale Schneidbrustwinkel R 1 für den ersten und zweiten
Einsatz 80 und 82 weiter positiv bleibt. Bei dieser Ausfüh
rungsform ist die Richtung, in der die Druckkraft auf ein
Werkstück durch den dritten und vierten Einsatz 84 und 86
ausgeübt wird, unterschiedlich von der Richtung, in der die
Druckkraft durch den ersten und zweiten Einsatz 48 und 50
ausgeübt wird, so daß sich diese Kräfte gegeneinander auf
heben. Hierdurch neigt der Stirnfräser weniger zum Rattern
oder Vibrieren während des Fräsens, so daß die Oberflächenend
güte wesentlich verbessert wird. Dabei sollte der axiale
Schneidbrustwinkel R 1 des ersten und zweiten Einsatzes 80
und 82 vorzugsweise in einem Bereich von 3° bis 10° liegen,
während der axiale Schneidbrustwinkel R 3 des dritten und
vierten Einsatzes 84 und 86 vorzugsweise in einem Bereich
von -10° bis 0° liegen sollte. Wenn der axiale Schneidbrust
winkel R 1 für den ersten und zweiten Einsatz 80 und 82 unter
3° liegt, nimmt die Schneidlast wesentlich zu. Wenn anderer
seits der axiale Schneidbrustwinkel R 1 10° überschreitet,
wird die Menge des Stützmetalls H im ausgesparten Abschnitt
des vorderen Endabschnitts des Körpers übermäßig vermindert,
so daß die Festigkeit des Stirnfräsers abnimmt. In bezug auf
den axialen Winkel R 3 des dritten und vierten Einsatzes 84
und 86 sind in dem Fall, wenn er über 0° liegt, die durch den
dritten und vierten Einsatz 84 und 86 erzeugten Kräfte nicht
ausreichend, um die durch den ersten und zweiten Einsatz er
zeugten Druckkräfte aufzuheben. Wenn andererseits der Winkel
weniger als -10° beträgt, werden die Schneidkräfte dieser
Einsätze 84 und 86 so groß, daß sie die Schneidleistung nach
teilig beeinflussen.
Fig. 32 bis 36 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der einen
Schneideinsatz 160, wie im Fall der ersten Ausführungsform,
umfaßt. Der Schneideinsatz 160 umfaßt jedoch eine Platte von
einer allgemeinen Sektorform, die durch eine vordere Fläche
162, eine hintere Fläche 164, eine bogenförmige Seitenfläche
166 von einer quadrantischen Form und ersten und zweiten
ebenen Seitenflächen 168 und 170, die sich unter einem Winkel
von ein wenig weniger als 90° schneiden, begrenzt wird. Eine
Ecke, an der sich die bogenförmige Seitenfläche 166 und die
erste Seitenfläche 168 miteinander schneiden, wird entfernt,
um eine kurze Seitenfläche zu schaffen. Der Einsatz 160 um
faßt eine bogenförmige Schneidkante 172, die durch die vorde
re Fläche 162 und die bogenförmige Seitenfläche 166 gebildet
wird, und eine kurze Schneidkante 174, die durch den Schnitt
der vorderen Fläche 162 mit der kurzen Seitenfläche gebildet
wird, und die die bogenförmige Schneidkante 172 an ihrem
vorderen Ende schneidet, so daß zwischen ihnen ein stumpfer
Winkel ausgebildet wird. Ein Randflächenabschnitt 176 der
vorderen Fläche 162, der benachbart zur kurzen Schneidkante
174 angeordnet ist, ist konvex so gekrümmt, daß er sich zur
kurzen Schneidkante 174 in Richtung der hinteren Fläche 166
hin neigt. Der Einsatz 160 wird weiter in einer Aussparung
178 aufgenommen und darin lösbar mittels einer Klemmschraube
180 festgelegt, so, daß die bogenförmige Schneidkante 172 in
einer Arbeitsstellung eingestellt wird, so daß ein vorderer
Endabschnitt 172 a der eingestellten Hauptschneidkante 172
benachbart zur Achse O des Körpers 10 angeordnet ist. Wie im
Fall der anderen Ausführungsformen erstreckt sich die kurze
Schneidkante 174 über die Achse O des Körpers 10 in Richtung
des hinteren Endabschnitts des Körpers 10 hinaus. Die Aus
sparung 178 umfaßt weiter erste und zweite Wandflächen 182
und 184, die sich senkrecht zueinander erstrecken, wobei die
erste Wandfläche 182 sich axial zum Körper 10 erstreckt, wäh
rend sich die zweite Wandfläche 184 radial zum Körper 10 er
streckt. Der Einsatz 160 wird in seiner Stellung angeordnet,
indem man die erste und zweite ebene Seitenfläche 168 und 170
in Anlage an die erste und zweite Wandfläche 182 bzw. 184
bringt. Mit einer derartigen Konstruktion wird der Einsatz
160 zwischen den zwei Wandflächen 182 und 184, die sich senk
recht zueinander schneiden, gehalten, wobei sicher verhindert
wird, daß sich der Einsatz 160 während des Schneidvorgangs
verschiebt, so daß die Genauigkeit des Schneidens bzw. Frä
sens weiter verbessert werden kann.
Fig. 37 bis 39 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer
sechsten Ausführungsform, der sich von der fünften Ausfüh
rungsform nur darin unterscheidet, daß der zweite Schneid
einsatz 50 von allgemein elliptischer Form, wie im Fall der
zweiten Ausführungsform, hinzugefügt wurde.
Fig. 40 bis 42 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer
siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der sich
von der sechsten Ausführungsform darin unterscheidet, daß wie
im Fall der vierten Ausführungsform, der dritte und vierte
Einsatz 84 und 86 von quadratischer Form zusätzlich am Körper
angebracht wurden, um einen Stirnfräser zu schaffen, der für
ein Tieffräsen geeignet ist.
Fig. 43 bis 46 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer
achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der allge
mein der zweiten Ausführungsform ähnlich ist. Die Spantasche
40 für den ersten Einsatz 48 umfaßt einen ersten Wandabschnitt
200 a, in dem die Aussparung 44 ausgebildet ist, und einen
zweiten Wandabschnitt 200 b, der in Gegendrehrichtung des Kör
pers 10 gerichtet ist. Wie man am besten in Fig. 44 sieht,
umfaßt der zweite Wandabschnitt 200 b der Spantasche 40 einen
darin ausgebildeten, nach vorne geneigten Abschnitt 202, der
nach vorne in Drehrichtung des Körpers 10 geneigt ist. Mit
dieser Konstruktion werden während des Schneid- bzw. Fräsvor
gangs die Späne glatt längs des vorderen geneigten Abschnitts
202 geführt, so daß die Spanabfuhr weiter wesentlich verbes
sert wird.
Fig. 47 bis 49 zeigen einen Kugelstirnfräser gemäß einer
neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der all
gemein der ersten Ausführungsform ähnlich ist. Bei dieser
Ausführungsform wird der konvex gekrümmte Randflächenab
schnitt 30 jedoch durch eine zylindrische Fläche gebildet,
und die Anordnung des Einsatzes 16 ist abgeändert. Insbeson
dere ist der Einsatz 16 so angeordnet, daß eine Achse P des
Zylinders, der die oben genannte zylindrische Fläche bildet,
unter einem Neigungswinkel β zwischen 15° und 50° in bezug
auf die Achse O des Stirnfräsers 10 geneigt ist, gesehen in
einer Richtung senkrecht zu einer Bezugsebene (japanischer
Industriestandard B 0170; Nr. 204) für die eingestellte
Schneidkante 26. Die Bezugsebene wird als eine Ebene definiert,
die zur Richtung der ersten Bewegung der eingestellten
Schneidkante 26 senkrecht liegt. Wenn der Neigungswinkel
weniger als 15° beträgt, wird der eingeschlossene Winkel δ
am konvexen vorderen Endabschnitt 26 b der Hauptschneidkante
26 nachteilig vermindert, so daß die Schneidkante beschädigt
werden kann. Wenn andererseits der Winkel 50° übersteigt,
wird die Genauigkeit des Fräsvorgangs verschlechtert, wobei
daneben die Schneidlast plötzlich ansteigt.
Im folgenden sollen die Vorteile der vorliegenden Ausfüh
rungsform unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel im ein
zelnen dargestellt werden.
Es wurden insbesondere zwei Kugelstirnfräser hergestellt, die
jeweils einen Außendurchmesser von 25 mm und einen Schneid
einsatz mit einer Dicke von 4 mm hatten, wobei die Neigungs
winkel β der konvex gekrümmten Oberflächenabschnitte und die
Freiwinkel γ für den Einsatz verändert wurden, um den Einfluß
dieser Winkel auf die Genauigkeit des Schneidvorgangs festzu
stellen, d.h. die Sphärizität des Bodenabschnitts der durch
den Stirnfräser erzeugten Aussparung. In einem der Stirnfrä
ser, der im folgenden als Beispiel Nr. 1 bezeichnet wird,
betrug der axiale Schneidbrustwinkel des Einsatzes 5°, wäh
rend bei dem anderen Stirnfräser, der im folgenden als Bei
spiel Nr. 2 bezeichnet wird, der axiale Schneidbrustwinkel
10° betrug. Dann wurden bei den Kugelstirnfräsern die Abwei
chungen der halbkugeligen Kontur, die durch den konvex ge
krümmten vorderen Endabschnitt der Schneidkante erzeugt wurde,
von einer halbkugeligen Kontur, die von dem bogenförmigen
Schneidkantenabschnitt erzeugt wurde, durch Berechnung be
stimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt, in denen
die positiven Werte bedeuten, daß die durch den vorderen End
abschnitt der Schneidkante erzeugte Kontur von der durch den
bogenförmigen Schneidkantenabschnitt erzeugten Kontur ausge
schlossen ist, während die negativen Werte bedeuten, daß die
durch den vorderen Endabschnitt erzeugte Kontur in der durch
den bogenförmigen Schneidkantenabschnitt erzeugten Kontur
enthalten ist. Bei diesem Beispiel war der Einsatz so, daß
die Achse des konvexen Oberflächenabschnitts durch die Ecke
verlief, in der sich der bogenförmige Oberflächenabschnitt
und der ebene Oberflächenabschnitt trafen.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, wird, wenn der Neigungswinkel
60° beträgt, die Abweichung plötzlich übermäßig, so daß die
Genauigkeit vermindert wird. Dabei sind die für die Kugel
stirnfräser dieser Art annehmbaren Abweichungen üblicherweise
in einem Bereich von ±20 µm. Bei den Stirnfräsern gemäß der
vorliegenden Erfindung werden jedoch, da der Neigungswinkel
innerhalb des Bereiches zwischen 15° und 50° liegt, die Fe
stigkeit der Schneidkante und die Spanabführung weiter ver
bessert, und man erhält eine hohe Genauigkeit. Wenn der
Neigungswinkel 60° überschreitet, können die Abweichungen
nicht im Bereich von ±20 µm vermindert werden, unabhängig
davon, wie man die Kompensation hinsichtlich der Krümmung
des am Rand angeordneten konvexen Oberflächenabschnitts
macht.
Offensichtlich sind viele Änderungen und Abänderungen der vor
liegenden Erfindung aufgrund der obigen Ausführungen mög
lich. Es wird daher unterstellt, daß die Erfindung auch ab
weichend von der Beschreibung durchgeführt werden kann und
dennoch in den Umfang der Ansprüche fällt.