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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wendeschneideinsatz zum
Fräsen
mit einer polygonalen Grundform und einer im allgemeinen positiven Schneidgeometrie,
mit einer oberen Seite, einer unteren Seite und vier umlaufenden
Seitenflächen,
wobei ein erstes Paar einander gegenüberliegender Seitenflächen mit
einem zweiten Paar wechselseitig gegenüberliegender Seitenflächen an
zwei spitzwinkligen Ecken sowie an zwei stumpfwinkligen Ecken zusammentrifft,
und mit zwei Schneidkanten zum Schneiden von Material, welche durch
Spanflächen
auf der oberen Seite des Einsatzes und durch Seitenflächen entlang
der Umfangsseiten gebildet werden, wobei die Kanten jeweils für sich einen Hauptkantenabschnitt
und andererseits einen abgerundeten Nebenkantenabschnitt aufweisen,
der in Verbindung mit einer spitzwinkligen Ecke gebildet wird, wobei
der Nebenkantenabschnitt sich in Verlängerung des Hauptkantenabschnitts
erstreckt, wobei der Hauptkantenabschnitt eine zumindest teilweise gekrümmte Form
hat.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Schneideinsätze der
oben erwähnten
Art werden in Fräswerkzeugen
vom Kopiertyp verwendet, üblicherweise
um Zellen und Aussparungen bzw. Vertiefungen in Werkstücken zu
erzeugen, die von vergleichsweise dünnen Wänden begrenzt werden. Fräswerkzeuge
dieser Art werden insbesondere und häufig verwendet, um Aluminium
mit dem Zweck zu bearbeiten, leichte Fachwerkbauteile von dem Typ
zu erzeugen, der bei der Herstellung eines Flugzeuges verwendet
wird. In diesem Zusammenhang gibt es viele verschiedene Erfordernisse
hinsichtlich der Fräswerkzeuge
und der Schneideinsätze
derselben, wobei die wichtigsten in einer hohen Zerspanungsfähigkeit
ebenso wie in einer geeigneten Oberflächenstruktur der Wände liegen,
welche die Zellen definieren.
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Vorbekannte
Schneideinsätze
für Bahn-
bzw. Kopierschneider sind mit ebenen Unterseiten und ebenen seitlichen
Stützflächen ausgebildet
worden, wobei die Einsätze
in den zugehörigen
Einsatzsitzen oder einem Sitz dadurch montiert wurden, dass die Unterseite
des jeweiligen Einsatzes gegen eine ebene Unterseite in dem Sitz
gepresst wurde, während gleichzeitig
eine oder mehrere seitliche Stützflächen gegen
unterstützende
Seitenwände
in dem Sitz gedrückt
wurden. Einsätze
dieser Art können
im günstigsten
Fall eine akzeptable Glätte
der Oberfläche
liefern, solange sie mit mäßigen Schneidgeschwindigkeiten
arbeiten, indem man die Schneidwerkzeuge mit mäßigen Rotationsgeschwindigkeiten
laufen lässt.
Auf dem in Rede stehenden technischen Gebiet wird jedoch die Entwicklung
nachdrücklich
in Richtung immer schnellerer Schneidvorgänge getrieben. Beim Fräsen von
Aluminium kann die maschinelle Bearbeitung heute bereits mit einer
Schneid- oder Umfangsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10.000 m/min
oder mehr erfolgen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges
25.000 UpM (Umdrehungen pro Minute) übersteigen kann. Unter solchen
Bedingungen hat es sich als schwie rig herausgestellt, geeignete
Oberflächen
auf den Wänden
zu erzeugen, welche die gefrästen
Zellen begrenzen. Diese Schwierigkeiten beruhen auf einer Tendenz
der Schneideinsätze,
aus ihren Positionen herausbewegt zu werden, was wiederum dazu führt, dass
die aktive Kante, genauer gesagt, der Hauptkantenabschnitt derselben,
nicht ihre beabsichtigte theoretische Position einhalten kann. Mit
anderen Worten, der einzelne Einsatz bewegt sich in unkontrollierter
Weise in Bezug auf den zugehörigen
Fräskopf.
Die sich daraus ergebenden Unregelmäßigkeiten in der durch den
Hauptkantenabschnitt des Einsatzes bearbeiteten Oberfläche kann
sich auf unterschiedliche Weise manifestieren. In einigen Fällen werden
ebene Streifen oder bandartige Teilflächen, die sich unter einem
Winkel zueinander erstrecken, erzeugt (gesehen im Querschnitt wird
die Oberfläche zickzackförmig oder
auf andere Weise unregelmäßig). In
anderen Fällen
können
die Unregelmäßigkeiten
im Querschnitt gekrümmte,
lange, schmale Teiloberflächen
sein, die durch dünne,
einwärts
gerichtete Rillenflächen
getrennt sind. Solche Rillenausbildungen können zu Rissen in dem Wandmaterial
führen.
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Ziele und Merkmale der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben erwähnten Nachteile
zu vermeiden, und einen verbesserten Schneideinsatz zum Fräsen von
dem oben erwähnten
Typ bereitzustellen. Demnach besteht ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung darin,
einen Schneideinsatz bereitzustellen, mithilfe dessen die Form der
durch den Hauptkantenabschnitt des Einsatzes maschinell bearbeitenden
Materialoberfläche
in einer kontrollierten und exakten Art und Weise festgelegt werden
kann. Ein zusätzliches
Ziel besteht darin, einen Schneideinsatz zum Fräsen bereitzustellen, welcher
im Zusammenwirken mit dem zugehörigen
Fräskopf
in der Lage ist, dünne Wände und
sogenannte Böden
in Verbindung mit einer gefrästen
Zelle oder Aussparung herzustellen, während schnelle Fräsvorgänge und
enge Herstellungstoleranzen aufrecht erhalten werden. Der Einsatz
sollte demnach in der Lage sein, in zuverlässiger Weise die Geometrie
und exakte Position beizubehalten, selbst wenn der Fräskopf mit
hoher Rotationsgeschwindigkeit von z. B. 25.000 UpM oder mehr läuft. Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Fräseinsatz
bereitzustellen, der in der Lage ist, in das Material des Werkstückes in
einer dynamisch-stabilen und kontrollierten Art und Weise einzudringen,
und welcher für
ein sogenanntes Rampenverfahren (A. d. Ü.: gleichzeitiger axialer und
lateraler Vorschub) verwendet werden kann. Ein weiteres Ziel der
Erfindung besteht darin, einen Schneideinsatz bereitzustellen, der
in der Lage ist, Material mit niedrigem Energieverbrauch zu fräsen, d.
h. mit einer hohen Effizienz. Weiterhin sollte der Einsatz in der
Lage sein, in effizienter Weise Material maschinell zu bearbeiten
bzw. zu zerspanen, welches einen vergleichsweise geringen Elastizitätsmodul
hat, wie z. B. Materialien wie Aluminium oder dergleichen.
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Gemäß der Erfindung
wird zumindest das primäre
Ziel durch die Merkmale erzielt, die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 wiedergegeben sind. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden
weiterhin in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Die
Erfindung beruht auf einer einzigartigen Kombination von Merkmalen,
die jeweils für
sich auf dem Gebiet der spanabhebenden Bearbeitung zuvor schon bekannt
waren, d. h. einerseits eine Schneidkante, deren Hauptkantenabschnitt
gekrümmt
ist und andererseits eine Verbindungsfläche vom gezahnten Typ, der
an der Unterseite des Schneideinsatzes ausgebildet ist. Aufgrund
der Tatsache, dass der Hauptkantenabschnitt (der den Hauptteil der
spanabhebenden Bearbeitung ausführt)
der Schneidkante gekrümmt
verläuft,
kann der Schneideinsatz selbst ebenso wie der individuelle Einsatzsitz
in dem Schneidkopf eine ausgeprägte
positive Geometrie erhalten. Gleichzeitig stellt die Verbindungsfläche, die
mit Rippen versehen ist, welche an der Unterseite des Einsatzes
ausgebildet sind – in
Kooperation mit einer entsprechenden Anschlussfläche an dem Fräskopf – eine starre
und exakte Befestigung des Einsatzes in der gewünschten Position sicher. Dies
bedeutet, dass die beiden Endpunkte, zwischen welchen der gekrümmte Hauptkantenabschnitt
der Schneidkante sich erstreckt, an wohldefinierten radialen Positionen
angeordnet sind und dauerhaft dort verbleiben.
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Weitere Darstellung des Standes
der Technik
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Aus
der
US 6,102,630 ist
bereits ein Fräseinsatz
bekannt, welcher an seiner Unterseite eine mit Rippen versehene
Anschlussoberfläche
hat, die dafür
vorgesehen ist, mit einer ähnlichen
Anschlussoberfläche
an einem Werkzeug zusammenzuwirken. In diesem Fall ist jedoch der
Hauptkantenabschnitt des Einsatzes geradlinig.
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Aus
der
US 4,940,369 ist
bereits ein Schneideinsatz vom Kopiertyp bekannt, mit einer Hauptschneidkante,
die sich in Längsrichtung
erstreckt und die leicht gekrümmt
ist. In diesem Fall hat jedoch der Einsatz keinerlei gerippte Anschlussfläche und
als Ergebnis des Festklemmens des Schneideinsatzes in dem entsprechenden
Einsatzsitz ist er instabil und nicht zufriedenstellend. Als Konsequenz
hieraus ist es nicht möglich,
die Oberfläche
des maschinell bearbeitenden Materials in kontrollierter und exakter
Weise festzulegen, wenn bei Hochgeschwindigkeitsfräsvorgängen enge
Bearbeitungstoleranzen sichergestellt werden sollen.
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Kurze Beschreibung der anhängenden
Zeichnungen
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In
den Zeichnungen ist
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1 eine
spezifische Ansicht des Fräswerkzeuges,
welches einen Schneidkopf und einen darin aufgenommenen Schneideinsatz
gemäß der Erfindung
aufweist,
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2 eine
vergrößerte, teilweise
weggeschnittene Stirnansicht, welche den Schneideinsatz von einem
Ende des Fräskopfes
her zeigt,
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3 eine
Seitenansicht des Fräswerkzeuges,
dargestellt in Verbindung mit einer in einem Werkstück ausgefrästen Zelle,
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4 eine
perspektivische Ansicht, welche den Einsatz gemäß der Erfindung schräg von oben und
von einem kurzen Ende her zeigt,
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5 eine
perspektivische Ansicht, welche denselben Einsatz von einer langen
Seite her zeigt,
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6 eine
Draufsicht von unten auf denselben Schneideinsatz,
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7 eine
Seitenansicht des Einsatzes,
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8 eine
Draufsicht von oben auf denselben Einsatz,
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9 eine
Querschnittsansicht des Schneideinsatzes, dargestellt zusammen mit
einer Befestigungsschraube,
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10 eine
stirnseitige Ansicht des Schneideinsatzes,
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11 eine
schematische Draufsicht, in welcher zwei Hauptkantenabschnitte des
Einsatzes mit einer übertriebenen
Bogenform dargestellt sind, und
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12 eine
Querschnittsansicht in stark vergrößertem Maßstab, welche eine bevorzugte
Gestaltung der gerippten Verbindungsfläche bzw. Anschlussfläche des
Einsatzes zeigt.
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Genaue Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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1 zeigt
ein Fräswerkzeug
in Form eines Kopfes 1, der eine rotationssymmetrische
Grundform hat, in deren einhüllender
Oberfläche
zwei Spankanäle 2 ausgebildet
sind. In einem der Spankanäle
ist ein Schneideinsatz 3 gemäß der Erfindung montiert. In 2 kann
man erkennen, wie der Einsatz 3 an seiner Bodenseite zumindest
eine Verbindungs- bzw. Anschlussfläche 4 desjenigen Typs
hat, der eine Mehrzahl von parallelen Rippen aufweist, die durch Nuten
bzw. Rillen voneinander beabstandet sind und die eine sich im Querschnitt
verjüngende
Form haben. Diese Verbindungs- bzw. Anschluss- oder Anlagefläche ist
dafür vorgesehen,
mit einer ähnlichen, gerippten
Anschluss- bzw. Anlagefläche
zusammenzuwirken, welche einen Einsatzsitz oder eine Sitzfläche in dem
Spankanal 2 bildet.
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In 3 ist
das Fräswerkzeug
in Verbindung mit einem Werkstück
dargestellt, in welchem eine Aussparung oder Zelle 6 ausgefräst worden
ist, die durch Seitenwände 7 und
einen sogenannten Boden 8 begrenzt ist. Die Innenfläche der
Seitenwände 7 ist mit 9 bezeichnet,
während
die Oberfläche
des Bodens mit 10 bezeichnet ist.
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Es
sollte schon hier festgehalten werden, dass die Geometrie des Werkzeugs
ausgeprägt
positiv ist insoweit, als der Einsatz 3 im montierten Zustand
beträchtliche
axiale und radiale Winkel hat. Dieselben werden bestimmt durch die
Winkel des Einsatzsitzes oder der Anlagefläche 5 in Bezug auf die
Rotationsachse des Fräskopfes.
In der bevorzugten Ausführungsform
liegt der axiale Winkel der Anlagefläche 5 in dem Bereich
von 10–15°, während der radiale
Winkel im Bereich von 10–25° liegen kann.
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Es
wird nunmehr auf die 4 bis 12 Bezug
genommen, welche im einzelnen die Gestalt des Einsatzes gemäß der Erfindung
veranschaulichen. Der Einsatz hat eine polygonale Grundform und
eine allgemein mit 11 bezeichnete Oberseite, eine Unterseite 12,
ebenso wie vier umlaufende Seiten 13, 14. Von
den umlaufenden Seiten trifft ein Paar von ersten, gegenüberliegenden
Seiten 13 mit dem zweiten Paar von wechselseitig gegenüberliegenden Seiten 14 einerseits
an zwei spitzwinkligen Ecken 15 und andererseits an zwei
stumpfwinkligen Ecken zusammen.
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Schneidkanten,
die allgemein mit 19 bezeichnet sind, sind zwischen den
Spanflächen 17 der Oberseite
dieses Schneideinsatzes und den Flanken bzw. Seitenflächen 18 entlang
der umlaufenden Seiten ausgebildet. Dieselben werden nachfolgend
als primäre
Schneidkanten bezeichnet. Jede einzelne primäre Schneidkante 19 umfasst
einen Hauptkantenabschnitt 20 ebenso wie einen Nebenkantenabschnitt 21,
der eindeutig eine gerundete, z. B. teilweise kreisförmige Form
hat, die in Verbindung mit einer spitzwinkligen Ecke 15 ausgebildet
ist. Der Hauptkantenabschnitt 20 erstreckt sich von einem
ersten oder vorderen Endpunkt 22 zu einem hinteren Endpunkt 23.
Der abgerundete Kantenabschnitt 21 erstreckt sich in Verlängerung
des Hauptkantenabschnitts 20, genauer gesagt von dem Punkt 22 zu
einem Punkt 24.
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In
der dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat der Schneideinsatz
die Grundform eines Parallelogramms, wobei die beiden Hauptkantenabschnitte 20 sich
entlang der langen Seiten 13 des Einsatzes erstrecken.
In den 6 und 8 ist der Schneideinsatz in
einem gedachten Koordinatensystem mit einer ersten Koordinatenachse
oder X-Achse und einer zweiten Koordinatenachse oder Y-Achse eingesetzt.
Die Form des Einsatzes ist bezüglich
der beiden Koordinatenachsen symmetrisch.
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In 6 kann
man erkennen, dass der Einsatz in der bevorzugten Ausführungsform
zwei Anschluss- bzw. Anlageflächen 4 hat,
die beiderseits eines zentralen Durchgangsloches 25 in
dem Einsatz angeordnet sind. Jede der beiden Anlageflächen 4 weist
eine Mehrzahl von Rippen auf, die durch Nuten oder Rillen voneinander
beabstandet sind, welche zueinander parallel verlaufen (die Anlageflächen sind nachstehend
noch genauer in Verbindung mit 12 beschrieben).
Die Rippen und Nuten verlaufen parallel zur X-Achse. Die beiden
Anschlagflächen
sind von dem Loch bzw. der Bohrung beabstandet, d. h. sie enden
im Abstand zu dieser.
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Der
jeweilige Hauptkantenabschnitt 20 erstreckt sich im wesentlichen
schräg
zur X-Achse insofern, als der vordere Endpunkt 22 in einem
größeren Abstand
zu der X-Achse angeordnet ist als der hintere Endpunkt 23.
Der Neigungswinkel α (siehe 8)
zwischen dem jeweiligen Hauptkantenabschnitt und der X-Achse sollte
im Bereich von 0,5 bis 3°,
zweckmäßigerweise
bei 0,5–2° liegen.
Im vorliegenden Beispiel beträgt
der Winkel α 1,8°.
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Gemäß einem
charakteristischen Merkmal der Erfindung verläuft der Hauptkantenabschnitt 20 der
Schneidkante 19 bogenförmig
gekrümmt.
Diese Bogenform erhalt man aufgrund der Tatsache, dass der Teil
der Seiten- bzw. Flankenfläche 18,
welcher an den Hauptkantenabschnitt 20 anschließt, in einer leicht
konvexen Krümmung
hergestellt ist. Diese Krümmung
ist jedoch so klein, dass die Bogenform des Hauptkantenabschnitts 20 in
den 4 bis 10 mit bloßem Auge nicht erkennbar ist.
Daher ist der Hauptkantenabschnitt in 11 schematisch mit
einer übertriebenen
starken Bogenform dargestellt. Im Idealfall hat die Bogenlinie,
welche den Hauptkantenabschnitt 20 bildet, eine elliptische Grundform,
wobei eine Sehne bzw. Sekante K des Ellipsenbogens sich zwischen
den zuvor erwähnten Endpunkten 22, 23 erstreckt.
Gemäß der Erfindung sollte
die Höhe
dieses Bogens innerhalb des Bereiches von 0,05 bis 1% der Länge Lk der Sekante K liegen. In einer konkreten,
beispielhaften Ausführungsform
hat die Sekante eine Länge
von 20 mm, wobei die Bogenhöhe
B 0,02 mm (= 0,1%) beträgt.
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In 7 ist
eine neutrale Ebene N mit einer strichpunktierten Linie dargestellt,
die parallel zur Unterseite des Einsatzes liegt, wobei dieser durch
die Gipfelflächen
der Rippen wiedergegebenen wird, welchen in den Anschlagflächen 4 vorgesehen
bzw. enthalten sind.
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Es
wird nunmehr auf die 4 und 5 Bezug
genommen, in welchen man erkennen kann, dass die Schneidkanten 19 gemeinsam
mit den Spanflächen 17 an
umgrenzungsartigen, umlaufenden Materialabschnitten ausgebildet
sind, in Bezug auf welche eine talartige Oberfläche 26 eingesenkt ist.
Diese Talfläche
ist eben und parallel zu der neutralen Ebene N. Im Zentrum der Talfläche ist
ein erhöhter
Materialabschnitt 27 ausgebildet. In dem Beispiel, in welchem
der Schneideinsatz mit einer zentralen Bohrung 25 ausgebildet
ist, hat der erhöhte Materialabschnitt 27 die
Form eines Endloskragens bzw. umlaufenden Kragens, in welchem ein
Kopf 28 einer Befestigungsschraube 29 (siehe 9)
in einem versenkten und geschützten
Zustand aufgenommen werden kann. Wie man also in 9 erkennt,
liegt die Oberseite des Schraubenkopfes 28 auf einem tieferen
Niveau als eine umgebende ebene Oberfläche 30 des Kragens 27,
wenn die Schraube festgezogen ist. Von der ebenen Oberseite 30 des Kragens
erstreckt sich eine Seitenfläche 31 schräg nach unten
und außen
in Richtung der Talfläche 26. Diese
Seitenfläche,
die endlos (umlaufend) ist, kann in der Praxis als ein Spanbrecher
für die
Späne dienen,
die durch die jeweilige aktive Schneidkante 19 abgetrennt
werden. In der dargestellten Ausführungsform, in welcher der
Einsatz eine parallelogrammförmige
Grundform hat, hat der Kragen 27 eine längliche, ovale Form und erstreckt
sich diagonal, im wesentlichen in Richtung zwischen den stumpfwinkligen
Ecken 16 des Einsatzes (siehe auch 8).
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Wie
man weiterhin in den 4 und 5 erkennt,
erstreckt sich die jeweilige Flankenfläche 18 von der Schneidkante 19 nach
unten zu einer mit 32 bezeichneten Schulter, welche eine
enger werdende Sockelfläche 33 unter
der Flankenfläche
selbst begrenzt. Die Sockelfläche 33 kann
vorteilhafter Weise eine größere Fläche beanspruchen
als die Flankenfläche 18.
Mit anderen Worten, die Flankenfläche ist relativ schmal. Aus
diesem Grund kann die Flankenfläche
in einfacher und effizienter Weise geschliffen werden, wobei die
sich verengende Sockelfläche
viel Freiheit gewährt,
um die Flankenfläche
und damit die Schneidkante mit der gewünschten Form herzustellen.
Ein bestimmter Freiheitsgrad wird in dieser Hinsicht nachstehend
berücksichtigt.
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Wie
zuvor schon dargelegt wurde, hat der Schneideinsatz im montierten
Zustand einen ausgeprägten
Axialwinkel (innerhalb des Bereiches von 10 bis 15°). Indem
der Hauptkantenabschnitt 20 mit einer elliptischen Bogenform
mit einer gewissen Bogenhöhe
B gebildet wird, kann der Einsatz dazu gebracht werden, theoretisch
eine vollständig
ebene und glatte Innenfläche 9 der
Wände 7 zu
erzeugen (siehe 3), welche eine gefräste Zelle 6 begrenzen.
Während
des praktischen Fräsens
können
jedoch Abweichungen von dem theoretischen Bewegungsweg der Schneidkante
auftreten. Um Fehler in der hergestellten Oberfläche 9, beispielsweise
in Form von konvex gekrümmten
Oberflächenabschnitten
zusammen mit sich nach innen öffnenden,
Risse erzeugenden Nutausbildungen zu vermeiden, kann der Hauptkantenabschnitt 20 mit
einer Bogenhöhe ausgebildet
werden, die etwas größer als
die theoretische Bogenhöhe
ist, die eine vollständig
ebene Oberfläche 9 erzeugt.
Für den
Fall, dass der Hauptkantenabschnitt 20 auf diese Weise
eine übertriebene
Bogenhöhe
erhält,
erzeugt diese konkav gekrümmte
Teilflächen 9', zwischen welchen
Erhebungen 9'' von der Wand 7 nach
außen
gerichtet sind. In 3 sind diese konkav gekrümmten Teilflächen 9' übertrieben
dargestellt. Eine durch spanende Bearbeitung hergestellte Fläche, welche
solche sehr gering ausgeprägte
konkave Flächen
hat, ist gegenüber solchen
(spanend) hergestellten Oberflächen
bevorzugt, die konvex gekrümmte
Teilflächen
haben. Insbesondere in der Luftfahrtindustrie, wo tragende Komponenten
in Aluminium durch Ausfräsen
von Vertiefungen oder Zellen in massiven Werkstücken hergestellt werden, sind
teilweise konkave Flächen des
in 3 dargestellten Typs bevorzugt.
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Wie
zuvor bereits erwähnt
wurde, bilden die beiden Schneidkanten 19 primäre Schneidkanten. Zwischen
den primären
Schneidkanten zusammen mit den zugehörigen Spanflächen 17 ist
der umgrenzungsartige Materialabschnitt, welcher die Taloberfläche 26 umgibt,
abgesenkt. Genauer gesagt, sind zwei sekundäre Spanflächen 34 im Anschluss
an zwei sekundäre
Schneidkanten 35 im Verhältnis zu den Spanflächen 17 abgesenkt.
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Die
jeweilige primäre
Schneidkante 19 ist in vorteilhafter Weise – wenn auch
nicht notwendigerweise – scharf
geschliffen, und zwar genauer durch Schleifen der Spanfläche 17 ebenso
wie der Flankenfläche 18.
In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass die
jeweilige Spanfläche 17 in
ihrer Gesamtheit eben und in zwei verschiedenen Richtungen relativ
zu der neutralen Ebene N geneigt ist. In einer ersten, im wesentlichen
axialen Richtung, ist die Spanfläche 17 also
insofern geneigt, als ein Vorderabschnitt derselben neben dem Nebenkantenabschnitt 21 von
der neutralen Ebene N weiter beabstandet ist als ein hinterer Abschnitt
derselben. Der axiale Neigungswinkel ist in 7 mit β bezeichnet.
Der Winkel β kann
in dem Bereich von 1 bis 10°,
zweckmäßigerweise
zwischen 3 und 5° liegen
und beträgt
in dem Beispiel 4°.
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In
einer zweiten, im wesentlichen radialen Richtung ist die Spanfläche 17 insoweit
geneigt, als der Abstand zwischen der neutralen Ebene und dem Ende
(dem Punkt 24), welches der X-Achse am nächsten liegt,
kleiner ist als der Abstand zwischen der neutralen Ebene und anderen
Teilen der Spanfläche.
Dieser Neigungswinkel ist mit σ bezeichnet.
Der in Rede stehen de Winkel σ kann
in dem Bereich von 2 bis 12°,
zweckmäßigerweise
im Bereich von 8 bis 12° liegen
und beträgt
in dem vorliegenden Beispiel 10°.
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Es
sollte darauf hingewiesen werden, dass die primären Spanflächen 17 ebenso wie
die sekundären
Spanflächen 34 nach
innen in eine Übergangsfläche übergehen,
die sich schräg
geneigt nach unten und innen in Richtung der Talfläche 26 erstreckt.
Diese Übergangsfläche 36 kann
in vorteilhafter Weise konkav gekrümmt sein. Unabhängig davon,
ob die primären
Schneidkanten 19 scharf geschliffen sind oder nicht, können die
sekundären
Schneidkanten 35, falls gewünscht, ungeschliffen bleiben.
Die sekundären
Schneidkanten können
jedoch einfach geschliffen sein, genauer gesagt durch Schleifen
lediglich der Flankenfläche 37.
Die Spanflächen 34 können in
vorteilhafter Weise eine konkav gekrümmte Form haben, die unmittelbar
in Verbindung mit dem Pressen in der Form erzielt wird.
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Der
Freiwinkel Ω der
Flankenfläche 18 (siehe 10)
kann vorteilhafterweise in dem Bereich von 5 bis 30°, zweckmäßigerweise
von 20 bis 25° liegen. In
dem dargestellten Beispiel beträgt
der Freiwinkel Ω 25°. Wenn also
der Winkel σ 10° beträgt, wird
der spitze Winkel zwischen den Oberflächen 17, 18 neben
dem Hauptkantenabschnitt 19 55°. Mit anderen Worten, der Schneideinsatz
hat eine sehr positive Schneidgeometrie.
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Es
wird nun auf die 9, 10 und 12 Bezug
genommen, die die Eigenschaften der Anschluss- bzw. Anlageflächen 4, 5 genauer
veranschaulichen. Jede der beiden voneinander beabstandeten Anlageflächen 4,
die an jeder Seite des Einsatzes vorliegen, weist eine Mehrzahl
langer, schmaler und zueinander paralleler Rippen 38 auf,
die durch Nuten 39 voneinander beabstandet sind. Die jeweilige
Rippe hat im Querschnitt eine sich verjüngende Form. Genauer gesagt
wird die einzelne Rippe durch eine Scheitelfläche 40 (siehe 12)
ebenso wie durch zwei Flanken 41 begrenzt, die relativ
zueinander unter einem Winkel von 60° geneigt sind. In analoger Weise
weist die Anlagefläche 4,
die im Fräskopf ausgebildet
ist, eine Mehrzahl paralleler Rippen 42 auf, die durch
Nuten 43 voneinander beabstandet sind und die durch Scheitelflächen 44 ebenso
wie durch Flanken 45 begrenzt werden. In diesem Zusammenhang
sollte darauf hingewiesen werden, dass das Material des Einsatzes 3 (welches
aus konventionellem Sintercarbid oder dergleichen bestehen kann) üblicherweise
beträchtlich
härter
ist als das Material in dem Fräskopf
(welcher aus Stahl, Aluminium oder dergleichen bestehen kann). In
diesem Zusammenhang sollte erwähnt
werden, dass der Einsatz auch auf einer dazwischenliegenden Unterlageplatte
montiert werden könnte,
welche mit Rippen versehene Anlageflächen hätte.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Anlageflächen 4 und 5,
die in 12 dargestellt ist, sind Oberflächenabschnitte 46 mit
konvex gekrümmten Flanken 41 der
Rippen 38 ausgebildet, wobei diese Abschnitte wohldefinierte
Kontaktpunkte zwischen den zusammenwirkenden Flanken der entsprechenden
Rippen gewährleisten.
In der Praxis sind die gekrümmten
Oberflächenabschnitte
außerordentlich klein.
Die Bogenhöhe
kann demnach 0,5 bis 5% der Länge
einer gedachten Sehne bzw. Sekante zwischen den die Oberfläche begrenzenden
Kanten betra gen, wobei die Bogenhöhe in absoluten Maßen ausgedrückt in dem
Bereich von 0,0015 bis 0,015 mm variieren kann.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der Anlageflächen 4, 5 gemäß 12 wird
noch genauer in der vom Anmelder gleichzeitig eingereichten schwedischen
Patentanmeldung mit dem Titel „Verktyg samt
skärkropp
för spånavskiljande
bearbetning" beschrieben.
Der Inhalt dieser parallelen Patentanmeldung wird durch diese Bezugnahme
hier in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
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Nachstehend
folgt die bezüglich
der Maß- und
Winkelangaben konkretisierte Ausführungsform des Fräsansatzes
der vorliegenden Erfindung. Der Einsatz kann eine Länge L (siehe 8)
von 30 mm und eine Breite W von 16 mm haben, wobei die Dicke T (siehe 10)
5 mm beträgt.
Der Radius R des jeweiligen Nebenkantenabschnittes 21 an
jeder der spitzen Ecken des Einsatzes beträgt 5 mm. Dadurch beträgt der Neigungswinkel τ zwischen
der jeweiligen sekundären
Schneidkante 35 (welche geradlinig verläuft) und der Y-Achse 28°. Wie oben
erwähnt,
beträgt
der Winkel α 1,8°, der Winkel β 4°, der Winkel δ 10° und der
Winkel Ω 25°C. Die zentrale,
rotationssymmetrisch geformte Bohrung 25 verjüngt sich
in Richtung von der Oberseite des Einsatzes in Richtung der Unterseite.
Der größte Durchmesser
D1 der Bohrung beträgt 8 mm, während der kleinste Durchmesser
D2 5,7 mm beträgt. Beim Festziehen wird eine
konische Oberfläche
des Schraubenkopfes 28 gegen eine konvex gekrümmte Anlagefläche 47 in der
Bohrung gepresst.
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Vorteile des Fräseinsatzes
gemäß der Erfindung
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Ein
beträchtlicher
Vorteil des Einsatzes der Erfindung liegt darin, dass der Hauptkantenabschnitt der
aktiven Schneidkante aufgrund seiner Bogenform die gewünschte Oberfläche (vollständig eben oder
mit konkaven Teilflächen
gemäß 3)
erzeugt, während
gleichzeitig die Verbindungs- bzw. Anschlussfläche oder -flächen, die
durch Rippen gebildet werden, in Zusammenwirkung mit entsprechenden
Verbindungsflächen
des Fräskopfes
eine exakte, wohldefinierte Position des Hauptkantenabschnittes
bezüglich
der Mittellinie oder Rotationsachse des Fräskopfs definieren. Dank der
inelastischen Fixierung des Einsatzes, welche durch die Verbindungsflächen 4, 5 erreicht
wird, können
die radialen Abstände
zwischen den beiden gegenüberliegenden Endpunkten 22, 23 des
Hauptkantenabschnitts nicht nur zu Beginn sehr exakt festgelegt
werden, sondern auch während
des Betriebs konstant gehalten werden. Ein weiterer beträchtlicher
Vorteil liegt darin, dass die ausgeprägt positive Geometrie, die
nicht nur durch die eigene Schneidgeometrie des Einsatzes, sondern
auch durch die positive Werkzeuggeometrie erzielt wird (d. h. aufgrund
der Tatsache, dass der Einsatzsitz in axialer ebenso wie in radialer
Richtung abgewinkelt ist), was impliziert, dass die Zerspanungsfähigkeit
des Einsatzes und des Fräswerkzeuges
sehr groß wird,
während
gleichzeitig die gewünschte
Struktur der bearbeiteten Oberflächen
unmittelbar in Verbindung mit dem Fräsen erzielt wird. Mit anderen
Worten, es ist keine Nachbehandlung der gefrästen Oberfläche erforderlich. In diesem
Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass der abgerundete
Nebenkantenabschnitt der aktiven Schneidkanten in konventioneller
Weise eine ebene Oberfläche 10 auf
dem Grund bzw. Boden der gefrästen
Zelle erzeugt. Ein weiterer beträchtlicher Vorteil
liegt darin, dass der Einsatz leicht mit extrem scharfen Schneidkanten
ausgestattet werden kann, genauer gesagt durch einfaches Schleifen
der Span- und Freiflächen,
die an die jeweiligen Schneidkanten anschließen. Hierbei garantieren die
eingezogenen Sockelflächen
unter den Flankenflächen,
dass der Schleifvorgang schnell, einfach und mit minimalem Energieaufwand
durchgeführt
werden kann. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die miteinander
zusammenwirkenden Verbindungs- bzw. Anlageflächen, welche durch eine Kantenwirkung
miteinander in Eingriff treten, den Schneideinsatz in dem Einsatzsitz
des Fräskopfes
in einer sehr zuverlässigen
Weise befestigen. Mit anderen Worten, der Einsatz bleibt an seinem
Platz, selbst wenn er solch erheblichen Zentrifugalkräften ausgesetzt
wird, die auftreten können,
wenn der Fräskopf
mit einer extrem hohen Rotationsgeschwindigkeit von beispielsweise
10.000 UpM oder mehr angetrieben wird.
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Denkbare Modifikationen der
Erfindung
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Die
Erfindung ist nicht allein auf die oben beschriebene und in den
Figuren dargestellte Ausführungsform
beschränkt.
Beispielsweise ist es also vorstellbar, stabilisierende Fasenflächen zu
schleifen oder auf andere Weise Verbindung mit den beiden Schneidkanten
herzustellen. Weiterhin ist es vorstellbar, die Spanflächen neben
den Schneidkanten zu polieren. Die Erfindung ist auch anwendbar
auf andere Schneideinsätze
als die diejenigen, die mit Bohrungen für Befestigungsschrauben versehen
sind. Beispielsweise könnte
der Schneideinsatz mithilfe von Klemmen bzw. Klemmpratzen befestigt
werden. In solchen Fällen
könnte
ein erhöhter
Materialabschnitt auf der Talfläche
des Einsatzes mit einer Einsenkung oder einem Sitz ausgebildet werden,
dessen Form der Form der Nase der Klammer oder Klemmpratze angepasst
ist. Auch wenn Rippen mit konkav gekrümmten Flankenflächen in
der Verbindungsfläche
oder den -flächen
des Einsatzes bevorzugt sind, ist es auch vorstellbar, die Rippen
mit ebenen Flanken von konventionellem Typ herzustellen. Weiterhin
kann der Einsatz eine rhombische Form anstelle einer Parallelogrammform
haben. Auch wenn ein Schneideinsatz gemäß der obigen Erfindung vornehmlich
für die
Bearbeitung weicher Materialien, wie z. B. Aluminium beschrieben
worden ist, kann dieser Einsatz auch mit einem zugehörigen Fräswerkzeug
für die
Bearbeitung anderer geeigneter metallischer Materialien, wie z.
B. Stahl, Titan und der gleichen verwendet werden.