DE4137230A1

DE4137230A1 - Schrupp-schaftfraeser mit runden wendeschneidplatten

Info

Publication number: DE4137230A1
Application number: DE19914137230
Authority: DE
Inventors: Markus Seidl; Norbert Faul
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1993-05-27

Description

Die Erfindung betrifft einen Schrupp-Schaftfräser nach dem Ober begriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der DE-OS 38 00 747 als bekannt hervorgeht.

Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Schrupp-Schaftfräser sind aus Gründen eines optimalen Späneabflusses die Wende schneidplatten oberflächenbündig in die in Arbeitsdrehrichtung vorauslaufende Nutflanke des Spannut in jeweils formentsprechende Nischen eingelassen und darin mittels einer zentrischen Senkkopfschraube festgeklemmt, so daß die vorauslaufende Spann nutflanke trotz ihrer Bestückung mit Wendeschneidplatten eine nahezu glattflächige steile Schraubenfläche darstellt. Für den Drallwinkel der Spannuten und somit für den Winkel der Schnitt kantenebene der Wendeschneidplatten gegenüber der Richtung der Mantellinien wird aus Gründen einer hohen Schnittleistung ein Wert von über 25°, in jedem Fall aber mindestens 20° empfohlen. Lediglich für die jeweils letzte, dem freien stirnseitigen Ende des Fräserschaftes zunächst liegende Wendeschneidplatte ist aus Gründen einer besseren Verschraubbarkeit eine steilere Anordnung der Wendeschneidplatten bei dem bekannten Schrupp-Schaftfräser vorgesehen. Was die dortige Ausrichtung der einzelnen Wende schneidplatten in Bezug auf die Radialrichtung anlangt, so sind deren Schnittkantenebenen - ungeachtet ihrer Neigung gegen die Mantellinienrichtung - streng radial ausgerichtet, d. h. es läßt sich von der Rotationsachse des bekannten Schrupp-Schaftfräsers eine Achs-Normale zu dem jeweils radial äußersten Punkt der Schnittkante der Wendeschneidplatte legen, die genau in der Schnittkantenebene liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäß zugrundegelegten Schrupp-Schaftfräser im Hinblick auf eine höhere Zerspanungslei stung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dank der relativ steilen Aus richtung der Schnittkantenebenen der Wendeschneidplatte ergeben sich erstaunlich hohe Schnittleistungen des neuen Schrupp-Schaftfräsers, wie durch die im speziellen Beschreibungsteil wiedergegebenen Daten von Zerspanungsvorgängen an unterschied lichen Werkstoffen dokumentiert ist. Gleichwohl ist der neue Schrupp-Schaftfräser für eine sehr breite Palette von Werkstoffen bei hoher Schnittleistung einsetzbar. Zweckmäßigerweise verlaufen die Schneidleisten unter einem Drallwinkel von etwa 15 bis 30°, vorzugsweise etwa 22 bis 27° gegenüber der Mantellinienrichtung; bei einem solchen Drallwinkel können die Wendeschneidplatten zwar einerseits noch treppenförmig, andererseits aber in einer den Späneabfluß noch nicht beeinträchtigenden Weise in die voraus laufende Flanke der Spannut eingearbeitet werden.

Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgen noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine vollständige Seitenansicht des neuen Schrupp-Schaftfräsers, die treppenförmige Anordnung der Wende schneidplatten an der vorauslaufenden Spannutflanke zeigend,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Schaftendes des Schrupp-Schaftfräsers nach Fig. 1 mit Darstellung der axialen Ausrichtung der Wendeschneidplatten,

Fig. 2a die in die Zeichenebene abgewickelte Darstellung der in Fig. 2 in der Mitte gezeigten Schneidleiste, die trep penförmige Anordnung der Wendeschneidplatten daran veranschaulichend,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Fräserschaft nach Fig. 2 entlang der Schnittlinie III-III, die radiale Ausrich tung der Wendeschneidplatte zeigend und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Werkstückes und der Anordnung des Schrupp-Schaftfräsers bei den Zerspa nungsversuchen beim Nutfräsen bzw. beim Absatzfräsen.

Der in den Figuren dargestellte Schrupp-Schaftfräser mit Ein spannkegel 2 weist mehrere am Umfang des Fräserschaftes 1 nach Art einer steilen Schraubenganglinie angeordneten Schneidleisten 3 und parallel dazu eingearbeiteten Spannuten 4 auf. Die Schneidleisten 3 sind durch eine dichte Reihe von kreisrunden Wendeschneidplatten 5 gebildet, die jeweils in formentsprechende und die Lage der Wendeschneidplatten bestimmende, in die voraus laufenden Flanken der Spannuten 4 eingearbeitete Nischen 6 mit tels jeweils einer zentrischen Klemmschraube 7 eingeklemmt sind. Jede der Wendeschneidplatten 5 ist mit der von ihrer Schneidkante aufgespannten Schnittkantenebene 8 quer zu der zugehörigen Tan gentialebene an der rotationssymmetrischen Hüllfläche 9 um alle Wendeschneidplatten angeordnet. Der Axialabstand 10 der einzelnen Wendeschneidplatten 5 innerhalb einer Schneidleiste 3 ist nur geringfügig größer als der Durchmesser einer Wendeschneidplatte. Die einzelnen Wendeschneidplatten benachbarter Schneidleisten 3 sind um einen der Anzahl der Schneidleisten entsprechenden Bruchteil des Axialabstandes 10 der Wendeschneidplatten innerhalb einer Schneidleiste axial zueinander versetzt - Axialversatz 11. Dadurch kann eine Schrupp-Bearbeitungsfläche mit einer relativ geringen Oberflächenrauheit erzielt werden. Die axial äußerste Wendeschneidplatte 5′ wenigstens einer der Schneidleisten steht mit ihrer Schneidkante gegenüber der freien Stirnseite 22 des Fräserschaftes 1 über, so daß auch die Bodenfläche einer Nut 20 oder eines Absatzes 21 behinderungsfrei bearbeitet werden kann.

Um die Zerspanungsleistung des Schrupp-Schaftfräsers zu steigern, sind erfindungsgemäß verschiedene Maßnahmen an dem neuen Schaft fräser vorgenommen. Und zwar weisen zum einen die Schneidleisten 3 gegenüber der Mantellinienrichtung 16 einen Drallwinkel 12 von 15 bis 30° auf, sie sind also relativ steil angeordnet. Innerhalb einer Schneidleiste 3 sind die einzelnen Wendeschneidplatten 5 mit ihrer Schnittkantenebene 8 gegenüber dem Linienverlauf der Schneidleiste 3 geneigt, also treppenförmig angeordnet, wie ins besondere die Fig. 2a deutlich zeigt. Dabei ist die Schnittkan tenebene 8 einer jeden Wendeschneidplatte 5 lagemäßig jeweils einer die Rotationsachse 13 einschließenden Radialebene 17 ange nähert, jedoch bewußt um folgende geringen Winkelmaße gegenüber der Radialebene 17 in radialer und in axialer Hinsicht geneigt:

- Die Schnittkantenebene 8 einer jeden Wendeschneidplatte 5 ist gegenüber der Mantellinienrichtung 16 um einen axialen Nei gungswinkel 14 von 0,5 bis 5°, vorzugsweise um 1 bis 1,5° geneigt, und zwar in der gleichen Richtung wie die Schneid leiste 3.
- Ferner sind alle Schnittkantenebenen 8 gegenüber der Richtung der zu ihrem radial äußersten Schnittkantenpunkt 19 geführ ten, die Rotationsachse 13 einschließenden Radialebene 17 im Sinne einer Vergrößerung des Spanwinkels um einen radialen Neigungswinkel 15 von 0,5 bis 2° geneigt.

Die radiale Neigung um den Winkel 15 wurde mit Rücksicht auf eine Erhöhung des Spanwinkels der Wendeschneidplatten vorgesehen, wo bei eine Spanwinkelvergrößerung zu Lasten des schneidplattensei tig vorgegebenen Freiwinkels geht, so daß dieser Maßnahme enge Grenzen gesetzt sind. Eine kleine radiale Neigung der Schnitt kantenebene wirkt sich jedoch sehr vorteilhaft aus.

Dank der nahezu axialen Ausrichtung der Schnittkantenebenen 8 ist der Schrupp-Schaftfräser und das zu bearbeitende Werkstück von in der Fräserachse wirkenden Zugkräften weitgehend entlastet, so daß diese nicht auch durch den Fräsmaschinenantrieb aufgebracht zu werden brauchen; vielmehr wirken im wesentlichen nur die auch tatsächlich benötigten Kräfte am Schrupp-Schaftfräser und am Werkstück. Die leichte axiale Neigung der Wendeschneidplatten um den Winkel 14 wurde jedoch mit Rücksicht auf ein besseres axiales Abrollen des gebildeten Spanes gewählt. Zwar ist der Fräser-Kon strukteur bei der Wahl des axialen Neigungswinkels 14 nicht so stark eingeschränkt, wie beim radialen Neigungswinkel 15, jedoch ist er auch bezüglich der über die freie Stirnseite 22 des Frä serschaftes 1 axial hinausragenden, den Grund der Nut 20 bzw. des Absatzes 21 bearbeitenden Wendeschneidplatte(n) 5′ auf den ge ringen Winkelbereich wie beim radialen Neigungswinkel 15 festge legt, weil bei der bodenbearbeitenden Wendeschneidplatte 5′ durch dessen axiale Neigung 14 ebenfalls der - axiale - Spanwinkel zu Lasten des axialen Freiwinkels vergrößert wird.

Es wurden mit dem neuen Schrupp-Schaftfräser Zerspanungsversuche an blockförmigen Werkstücken 18 mit vier unterschiedlichen Werk stoffen bei jeweils zwei unterschiedlichen Eingriffs-Anordnungen des Fräsers am Werkstück 18 durchgeführt. Und zwar wurde zum ei nen eine Nut 20 mit einer dem Fräserdurchmesser entsprechenden Nutweite als Schnittbreite b₁ und einer der Nuttiefe entspre chenden Schnittiefe t₁ gefräst; ferner wurde ein Absatz 21 mit Schnittbreite b₂ und Schnittiefe t₂ gefräst. Es wurden also insgesamt acht Zerspanungsversuche durchgeführt. Die unterschied lichen Werkstoffe wurden mit an den jeweiligen Werkstoff angpaß ten Wendeschneidplatten zerspant; der Schrupp-Schaftfräser wurde also beim Wechsel von dem einen zu dem anderen zu zerspanenden Werkstoff mit anderen Wendeschneidplatten bestückt. Der verwende te Schrupp-Schaftfräser hatte einen wirksamen Außendurchmesser an dem Frässchaft von 40 mm. Er wies vier Schneidleisten und Spannu ten auf. Die benutzten Wendeschneidplatten hatten einen Durchmes ser von 8 mm bei einem gegenseitigen axialen Abstand 10 von 9 mm innerhalb einer Schneidleiste und einen axialen Versatz 11 zwi schen zwei benachbarten Schneidleisten von 2,25 mm. Die damit bewirkte Welligkeit der Schrupp-Bearbeitungsfläche weist rechne risch eine Rautiefe von etwa 0,16 mm auf. Der Drallwinkel der Schneidleisten betrug 21,6°. Der radiale Neigungswinkel 15 der Schneidkantenebene 8 gegenüber der Radialebene 17 betrug bei dem verwendeten Schrupp-Schaftfräser 1°, und der axiale Neigungswin kel 14 betrug 1,5°. Die Zerspanungsversuche wurden u. a. mit einem Werkzeugstahl (60 WCR V7) und mit einem Kohlenstoffstahl (C 45) durchgeführt, wobei in beiden Fällen als Schneidstoff Sonder-Wen deschneidplatten der Fa. Walter Kieninger GmbH, 7630 Lahr, DE mit der Bezeichnung TTM K20 in den Schrupp-Schaftfräser eingebaut wa ren. Bei beiden Stahlsorten waren sowohl beim Nutfräsen als auch beim Absatzfräsen nicht nur die Maschinendaten, nämlich Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit, sondern auch die Schnittbreite und -tiefe am Werkstück gleich. Aus diesem Grund erscheinen die mit den beiden Stahlsorten durchgeführten Zerspanungsversuche in der tabellarischen Übersicht jeweils nur mit einer Spalte. Ferner wur de der neue Schrupp-Schaftfräser an einem Graugußwerkstoff (GG26CUR) unter Einsatz von Krupp-Wendeschneidplatten HK150 K10-K20/M10-M20 ausprobiert. Schließlich wurde eine Aluminium-Le gierung (AlCuMgPbF37) unter Verwendung von Wendeschneidplatten der Fa. Krupp Widia GmbH, Essen, DE mit der Bezeichnung K15 P15-P30 zerspant. Die einzelnen Daten der Zerspanungsversuche sind in einer am Schluß wiedergegebenen Tabelle zusammengefaßt.

Für die Zerspanungsversuche stand lediglich eine relativ kleine Fräsmaschine mit nur 1,6 kW Antriebsleistung zur Verfügung. Trotz dem konnten Zerspanungsleistungen von 60 cm³/min bei Stahl, von 108 cm³/min bei Grauguß und von 360 cm³/min bei Aluminium mit dem neuen Schrupp-Schaftfräser klaglos erreicht werden; die Grenze der Zerspanungsleistung war nach übereinstimmender Ansicht aller beim Versuch anwesenden Zerspanungsfachleute eindeutig durch die Antriebsleistung der Fräsmaschine und nicht fräserseitig bestimmt. Unter der Voraussetzung einer antriebsstärkeren Fräsmaschine hät te der neue Schrupp-Schaftfräser bei allen Werkstoffen noch we sentlich höhere Zerspanungsleistungen erbringen können. Der Schrupp-Schaftfräser lief trotz der hohen Zerspanungsleistung vergleichsweise sehr ruhig.

Unabhängig von den eben erwähnten Zerspanungsversuchen hat auch der praktische Einsatz des Fräsers in der Fertigung von Kokillen und Gießmodellen gezeigt, daß er nicht nur eine hohe Zerspanungs leistung bei allen möglichen metallischen Werkstoffen erbringt, sondern daß mit ihm auch nichtmetallische Werkstoffe, insbesonde re Kunststoff sauber und maßhaltig bei hoher Zerspanungsleistung bearbeitet werden können. Der neue Schrupp-Schaftfräser ist neben seiner Leistungsfähigkeit auch sehr werkstoff-universell einsetz bar.

Tabelle über Zerspanungsdaten

Claims

1. Schrupp-Schaftfräser mit mehreren am Umfang des Fräserschaf tes nach Art einer steilen Schraubenganglinie angeordneten Schneidleisten und parallel dazu eingearbeiteten Spannuten,

- die Schneidleisten sind durch eine dichte Reihe von kreis runden Wendeschneidplatten gebildet, die jeweils in forment sprechende und die Lage der Wendeschneidplatten bestimmende, in die vorauslaufenden Flanken der Spannuten eingearbeitete Nischen mittels jeweils einer zentrischen Klemmschraube ein geklemmt sind,
- jede der Wendeschneidplatten ist mit der von ihrer Schneid kante aufgespannten Schnittkantenebene quer zu der zugehöri gen Tangentialebene an der rotationssymmetrischen Hüllfläche um alle Wendeschneidplatten angeordnet,
- die einzelnen Wendeschneidplatten benachbarter Schneidleisten sind um einen der Anzahl der Schneidleisten entsprechenden Bruchteil des Axialabstandes der Wendeschneidplatten inner halb einer Schneidleiste axial zueinander versetzt,

gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Merkmale:

- innerhalb einer Schneidleiste (3) sind die einzelnen Wende schneidplatten (5) mit ihrer Schnittkantenebene (8) gegenüber dem Linienverlauf der Schneidleiste (3) geneigt, also trep penförmig angeordnet, wobei die Schnittkantenebene (8) einer jeden Wendeschneidplatte (5) jeweils einer die Rotationsachse (13) einschließenden Radialebene (17) zwar angenähert, ihr gegenüber aber nach folgenden Maßgaben leicht geneigt ist:
- die Schnittkantenebene (8) einer jeden Wendeschneidplatte (5) ist gegenüber der Richtung der zu ihrem radial äußersten Schnittkantenpunkt (19) geführten, die Rotationsachse (13) einschließenden Radialebene (17) im Sinne einer Vergrößerung des Spanwinkels um einen radialen Neigungswinkel (15) von 0,5 bis 2°, vorzugsweise von 1 bis 1,5° geneigt, und
- die Schnittkantenebene (8) einer jeden Wendeschneidplatte (5) ist gegenüber der Mantellinienrichtung (16) um einen axialen Neigungswinkel (14) von 0,5 bis 5°, vorzugsweise von 1 bis 1,5° geneigt, und zwar in der gleichen Richtung wie die Schneidleiste (3).

2. Schrupp-Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidleisten (3) weisen gegenüber der Mantellinien richtung (16) einen Drallwinkel (12) von 15 bis 30°, vorzugsweise etwa 22 bis 27° auf.

3. Schrupp-Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkantenebene (8) der axial über die freie Stirn seite (22) des Frässchaftes (1) überstehenden Wendeschneidplatten (5′) gegenüber der Mantellinienrichtung (16) um einen axialen Neigungswinkel (14) von maximal 2° geneigt ist.