DE3888087T2 - Stirnfräser. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stirnfräser mit einem Fräskörper und einer Wendeschneidplatte nach Anspruch 1, siehe EP-A-207914.
• Schneldplatten für das Stirnfräsen, die mit Eckenabschrägungen versehen sind, sind schon bekannt. Ein Nachteil dieser bekannten Platten bzw. Einsätze besteht darin, daß die aktive Eckenabschrägung während der maschinellen Bearbeitung des gesamten Werkstückes einen konstanten Einstellwinkel hat. Beim maschinellen Bearbeiten von Motorblocks aus Gußeisen führt der konstante Einstellwinkel dazu, daß die Schneidplatte Material vom Werkstück wegreißt, statt es wegzuschneiden, und deshalb wird die Oberfläche des Werkstückes beeinträchtigt insbesondere an seinen Grenzkanten und seinen Zylinderbohrungen. Ein Nachteil herkömmlicher Platten bzw. Einsätze, die ein Verstärkungsfeld konstanter Breite haben, besteht darin, daß das Feld in der aktiven Ecke des Einsatzes, wo die größten Schneidkräfte auftreten, stärker abgetragen wird als in einem Abstand von der Ecke.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Stirnfrasers, der einen sauberen Schnitt auch am Umfang des Werkstückes macht.
• Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Schneldeinsatzes bzw. einer Schneidplatte mit maximaler Lebensdauer.
• Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schneidplatte, die zum Schneiden wenig Leistung braucht.
• Ein weiterer anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Schneideinsatzes, der trotz einer negativen Grundgestaltung eine positive Schneidgeometrie erreicht.
• Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
• Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Wendeschneidplatte gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht.
• Figur 1A zeigt einen Querschnitt entlang der Linie IA-IA in Figur 1.
• Figuren 2 und 2A zeigen Schneideinsätze in zwei Seitenansichten.
• Figur 3 zeigt den Schneideinsatz in einer perspektivischen Ansicht.
• Figur 4 zelgt eine Ecke des Schneideinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Ecke eines herkömmlichen Einsatzes im Eingriff mit einem Werkstück.
• Die Figuren 5 bis 7 zeigen Querschnitte entlang den Linien V-V, VI-VI bzw. VII-VII in Figur 1.
• Figur 8 zeigt eine Ecke eines Schneideinsatzes gemäß der Erfindung im Eingriff mit einem Werkstück.
• Die Figuren 1 bis 8 zeigen eine Schneidplatte 10 gemäß der Erfindung für die spanabhebende Bearbeitung, vorzugsweise für das Stirnfräsen von Werkstücken, wie z.B. Motorblocks aus Gußeisen, die teilweise dünn und empfindlich auf Deformationen sind. Die Platte 10 ist in eine Schneidplattentasche einzusetzen, die an einem Umfangsteil eines Fräskörpers angeordnet ist. Der nicht gezeigte Fräskörper ist für die axiale Drehung bezüglich des Werkstückes geeignet ausgestaltet. Die Platte weist zwei planparallele, im wesentlichen identische obere und untere Oberflächen 11 bzw. 12 auf, die senkrecht durch vier Seitenoberflächen 13A, 13B, 13C und 13D verbunden sind, d.h. die Platte hat eine starke negative und quadratische Gestalt. Zwei benachbarte Seitenoberflächen sind über eine glatt gerundete Ecke 14 miteinander verbunden. Der Radius R der Ecke 14 ist 1/4 bis 1/8 der Länge X der Platte 10, d.h. der Radius R beträgt 2 bis 5 mm oder mindestens viermal der Zahnzuführung des Fräsbetriebes. Ein Umfangsfeld 18 ist mit den Seitenoberflächen 13A-13D verbunden, und die Schnittlinien des Feldes und der Seitenoberflächen bilden die Umfangsschneidkante 19. Der relativ gerade Teil des Feldes 18 ist im allgemeinen über einer geraden, imaginären Linie Z relativ zur Mitte der Platte zwischen Schnittpunkten der Winkelhalbierenden B und der Schneidkante an zwei benachbarten Ecken 14 angeordnet. Eine Nut 15 ist durch einen äußeren Teil 16 oder eine freie Oberfläche gebildet, denn die Späne werden niemals gegen das Teil 16 gebildet, schräg abwärts und einwärts fallend von dem verbundenen Feld, und ein ebener Innenteil 17 erhebt sich von dem inneren Ende des außeren Teiles 16. Das Feld hat eine im wesentlichen konstante Breite w längs des Hauptteiles der im wesentlichen geraden Schneidkante 19. Das Feld wird an jeder Schneidecke 14 bis zur Winkelhalbierenden B der Schneidecke breiter. Das Feld verbreitert sich aus etwa 0,5 mm auf etwa 0,7 mm, vorzugsweise von etwa 0,45 mm auf etwa 0,58 mm. Die Breite w des Feldes wird durch die Formel w = K x L. cos β bestimmt, wobei K ein Faktor zwischen 1 und 3 ist, je nach dem zu schneidenden Material, wobei L eine konstante Länge der Berührung des Feldes und des Spanes ist und wobei β der Winkel ist zwischen der Normalen N der Schneidkante in der Ecke und der Fließrichtung A des Spanes, wobei die Formel für einen Kreissektor von etwa 45º gilt, wo die Winkelhalbierende B eine imaginäre Grenzlinie bildet. Die Kontaktlänge L wird immer parallel zur Fließrichtung A gemessen. Das Feld bildet einen Spanwinkel der an den Schneidecken negativer sein kann als in einem Abstand von der Ecke. Der Spanwinkel &sub1; (Figur 5) längs der Winkelhalbierenden B liegt im Bereich ± 15º, und der Spanwinkel &sub2; gemäß dem Schnitt VII-VII (Figur 7) liegt im Bereich ± 15º. Die Schneidkante 19 folgt einem Weg, der an der Ecke parallel zu der oberen Oberfläche 11 A ist und der danach mit zunehmendem Abstand von der Ecke allmählich schräg verläuft. Der schräge Teil der Schneidkante 19 bildet einen spitzen Winkel φ zwischen 5 und 20º mit der Ebene der oberen Oberfläche 11A, alternativ mit der Ebene, welche die höchsten Punkte der Platte in demjenigen Falle definiert, in welchem die obere Oberfläche unter jener Ebene angeordnet worden ist, oder in demjenigen Falle, in welchem die obere Oberfläche nicht eben ist. Das Feld am Eckenteil hat diese Gestalt, um für eine maximale Festigkeit infolge der zunehmenden konstanten Kontaktlänge zwischen dem Span und dem Feld zu sorgen. Der positivere und schräge Teil der Schneidkante 19 sorgt für einen kleineren Leistungsbedarf, d.h. die Platte ist während des Fräsens kleineren Tangentialkräften unterworfen. Die freie Oberfläche 16 schafft die Verbindung mit dem Feld 13 über eine Wand 16A. Die Wand, welche gerade oder gekrümmt sein kann, läuft schräg nach unten und einwärts gerade wie die freie Oberfläche. Die Neigung der freien Oberfläche am Eckenteil relativ zu der Ebene der oberen Oberfläche wird durch den Winkel ε&sub1; definiert, der zwischen 5 und 15º beträgt, während entsprechende Winkel ε&sub2; in einem Abstand von der Ecke 5 bis 15º betragen. Die freie Oberfläche 16 hat vorzugsweise längs der geraden Teile der Schneidkanten 19 in der ebenen Projektion eine konstante Breite. Die freie Oberfläche ist 20 bis 15 % breiter in den Eckenteilen.
• Die Breite der Nut 15 nimmt von der Ecke 14 zu einer benachbarten Ecke allmählich zu und ist im Bereich zwischen den zwei Ecken am größten. Der schräg verlaufende Teil der Schneidkante 19 sorgt für einen positiven Axialwinkel für die Platte, obwohl diese in einem Fräskörper neutral und radiai oder negativ befestigt ist. Die Nut schafft die Verbindung zu einer ebenen Mittenebene 11A, 12A. Diese Ebene hat die Gestalt eines vierarmigen Stemes, wobei sich jeder Arm symmetrisch um die Winkelhalbierende B jeder Ecke erstreckt. Das Ende jedes Armes ist abgeschnitten. Der äußere Teil 16 oder die freie Oberfläche der Nut 15 kann eben, konkav oder unterbrochen sein, während der Mittelteil der Nut im Querschnitt konkav ist.
• Die Seitenoberflächen 13A-13D können eben sein, vorzugsweise haben sie aber eine etwas konkave Gestalt, und deshalb erreicht die Platte sorgfältig definierte, linienförmige Stützoberflächen, die an den Platz des Fräskörpers stoßen. Die Stützoberflächen sind getrennt voneinander und sind in der Nachbarschaft der Plattenecken 14 angeordnet.
• Die Seitenoberflächen können mit ebenen oder konvexen Abschrägungen versehen sein, die als Stützoberflächen gleichzeitig dann dienen, wenn die Schneidkante jeder Abschrägung vorgesehen ist, um die Oberfläche des Werkstückes zu erzeugen.
• Die vorgenannte Ecke 14 hat einen relativ großen Radius R, der zu einer maximalen Verbreiterung der Schneidkräfte führt, welche auf die Platte von dem Werkstück ausgeübt werden, und deshalb wird die letzte Bruchfestigkeit des Materials während der letzten Durchgänge des Werkstückes nicht erreicht, d.h. an einer Außenecke, wie in Figur 4 gezeigt ist. Die Oberfläche des Werkstückes wird auch beim letzten Durchgang eben. Während einer solchen Bearbeitung mit herkömmlichen Platten mit nicht runden Ecken brechen die zu schneidenden letzten Teile vom Werkstück entsprechend der gestrichelten Linie infolge der großen Kraftkonzentration, die an scharfen Ecken auftritt.
• Der Einstellwinkel K der Eckenabschrägung der herkömmlichen Platte ist konstant, und der Bruch der Kante 30 des Werkstückes wird durch etwa denselben Winkel definiert. Der Einstellwinkel und somit die Schneidkräfte für die Ecke an der vorliegenden Platte nimmt ab, je dichter die Platte die Werkstückkante bearbeitet. Die Verteilung der Schneidkräfte im Bereich der Schneidecke wird mit der vorliegenden Platte erreicht, und infolge der positiven Spanwinkel und axialen Winkel wird ein schonender Schneideingriff erreicht.
• Der Kreis C, der von dem Eckenradius R definiert ist, wird in dem schematisch gezeichneten Eckenteil 14 einbeschrieben. Die Schneidkanten 19 berühren den Kreis an zwei Punkten. Eine Kreissehne E zwischen diesen Punkten bildet den Winkel α, der zwischen 30 und 50º liegt, relativ zu einer Verlängerungslinie der Schneidkante 19.
• In dem Querschnitt IA-IA ist gezeigt, wie die Spanoberfläche 16 in der Schneidecke variiert. Die Spanoberfläche 16 hat eine örtliche Projektion, welche der Befestigung der Ecke dient
• In Figur 8 ist eine Ecke 14 der Platte in Eingriff mit einem Werkstück 30 gezeigt. Die Spanflußrichtung ist mit A bezeichnet. Bei einem Einstellwinkel K 90 Grad fließen die Späne senkrecht über das Feld 18 längs des Bereiches, wo das Feld eine konstante Breite hat. Somit fällt die Fließrichtung A mit der Normalen N zur Schneidkante 19 zusammen. Das Feld wölbt sich zur Winkelhalbierenden B der Ecke wahrend etwa 45 Grad, und deshalb nimmt der Winkelunterschied zwischen der Normalen N und der Fließrichtung A allmählich zu. Bei der Platte gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Feld verbreitert worden, um eine deutliche Zunahme der Kontaktlänge L zwischen dem Span und dem Feld zu erreichen und die Platte zu verstärken. In dem gekrümmten Teil des Feldes fällt die Normale N mit dem Radius R zusammen. Die Breite des Feldes wird durch die Formel w = K x L x cos β, wie vorher erwähnt, definiert. Die Schneidplattenecke ist um die Winkelhalbierende B symmetrisch gestaltet, und der gekrümmte Teil des Feldes schließt etwa 90 Grad ein, d.h. der Winkel zwischen den zwei gestrichelten Linien in Figur 8 beträgt etwa 90 Grad, wo die Linien sich im Zentrum C des Radius treffen.
• Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Feld im Eckenbereich mit der oberen Oberfläche der Platte derart verbunden, daß das Feld nicht eine radial innere Grenzlinie im Eckenbereich hat. Das Feld und die obere Oberfläche sind in derselben Ebene angeordnet. Die aiternative Ausführungsform ist in jeder anderen Hinsicht gleich der zuerst beschriebenen Platte.
• Somit bezieht sich die Erfindung auf eine Wendeschneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung von für Deformationen empfindliche Werkstücke, wie z.B. das Stimfräsen von Motorhlöcken aus Gußeisen, wobei durch die Ausgestaltung ein Brechen der Werkstückkante vermieden wird und eine lange Lebensdauer der Platte erhalten wird.

Claims (6)

1. Stirnfräser mit einem Fräskörper mit mindestens einer Schneidplattentasche, die an einem Umfangsteil desselben angeordnet ist und für die axiale Drehung bezüglich eines Werkstückes geeignet ausgestaltet ist, und einer Wendeschneidplatte (10) mit einem im wesentlichen vierkantig gestalteten Körper mit einer oberen Oberfläche (11), einer unteren Oberfläche (12) und diese im allgemeinen senkrecht verbindenden Seitenoberflächen (13A-13D), von denen sich zwei benachbarte Seitenoberflächen in einer Ecke treffen, einem Umfangsfeld (18), welches die Oberflächen verbindet und eine Umfangsschneidkante (40) bildet, wobei das Feld (18) ferner mindestens teilweise mit einer nach unten und einwärts sich neigenden freien Oberfläche (16A) verbunden ist, die Ecke eine Winkelhalbierende (B) hat, wodurch die Breite des Feldes an der Ecke größer ist als in einem Abstand von der Ecke, und wobei das Feld (18) einen Spanwinkel ( &sub1;, &sub2;) hat, der konstant ist oder um die Platte herum variiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecke gerundet ist und durch einen Radius (R) definiert ist, der 2 bis 5 mm beträgt und sich auf 1/4 bis 1/8 der Länge (X) der Platte beläuft, und daß das Feld nach außen von einer geraden imaginären Linie zwischen Schnittpunkten von Winkelhalbierenden und der Schneidkante an zwei benachbarten Enden beabstandet ist.

2. Schneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel ( &sub1;, &sub2;) zwischen +15 und -15 Grad liegt.

3. Schneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld (18) sich von etwa 0,5 bis etwa 0,7 mm erweitert, vorzugsweise von etwa 0,45 bis etwa 0,58 mm.

4. Schneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (19) einem Weg symmetrisch um die Winkelhalbierende (B) folgt, der an der Ecke (14) parallel zur oberen Oberfläche (11A) der Platte oder der Ebene ist, welche durch die äußersten Eckenpunkte definiert ist und der danach mit zunehmendem Abstand von der Ecke sich allmählich wölbt.

5. Schneidplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schneidkante (19) unter einem Winkel (θ) relativ zu einer der Ebenen neigt, wobei der Winkel (θ) etwa 5 bis 20 Grad beträgt.

6. Schneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Oberfläche (16) neben den geraden Teilen der Schneidkante (19) eine konstante Breite hat und an den Ecken (14) zunehmende Breite hat.