DE69009018T2

DE69009018T2 - Fräswerkzeuge.

Info

Publication number: DE69009018T2
Application number: DE69009018T
Authority: DE
Inventors: Nicholas Pemberton Thornton; John Thomas Yates
Original assignee: Sandvik Ltd
Current assignee: Sandvik Ltd
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: GB8925360D0; DE69009018T3; US5123786A; EP0431746B2; DE69009018D1; JPH03170218A; EP0431746A1; EP0431746B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fräswerkzeuge zum Schneiden von Profilformen. Insbesondere betrifft sie Fräswerkzeuge, die mit austauschbaren Schneideinsätzen versehen sind.
Das Vorschneiden einer Profilform mit einem Fräswerkzeug, das eine Reihe von austauschbaren Schneideinsätzen aufweist, ist bekannt. Diese Einsätze werden üblicherweise durch Sintern vorgeformt und haben parallelogrammartige obere Stirnflächen, um auf dem Fräswerkzeug umkehrbar zu sein. Die Einsätze sind in solchen Positionen montiert, daß ihre aktiven Schneidkanten als eine Reihe gegenseitig geneigter Abschnitte eine Reihe von überlappenden Rotationsflächen schweifen und die Profilformen vorschneiden. Zur Erreichung eines glatten Profils ist eine maschinelle Endbearbeitung notwendig. Eine solche Anordnung von Schneideinsätzen wird auch in EP-A 0050 270 für Wälzfräsgeräte vorgeschlagen.
Ein ähnliches Fräswerkzeug wurde als ein Wälzfräser vorgeschlagen (GB 1597599), in dem eine Reihe umkehrbarer Schneideinsätze an einer Zahnfolge einer Frässcheibe befestigt sind, wobei die Einsätze hauptsächlich rechteckig sind, wobei aber an den radial äußeren Spitzen der Zähne kreisförmige Einsätze oder Einsätze mit einer bauchig gekrümmten Schneidkante zur Entlastung der Zahnradwurzeln vorhanden sind. Um das Evolventenverzahnungsprofil zu schneiden, muß die Rotation des Fräswerkzeugs natürlich mit einer Versetzungsbewegung des zu schneidenden Zahnrads koordiniert werden. Obwohl obige Veröffentlichung vorschlägt, daß das Fräswerkzeug die Zahnradzähne bis zur Qualität eines Endprodukts wälzfräsen kann, ist die Genauigkeit des Profils deutlich eingeschränkt, da für stark beanspruchte Zahnräder Endfräsen empfohlen wird.
Gemäß eines erfindungsgemäßen Aspekts ist ein Fräswerkzeug vorgesehen, das einen drehbaren Körper aufweist, auf dem sich zumindest eine am Umfang angeordnete Zahnreihe befindet, die Schneideinsätze trägt, wobei zumindest einige der Zähne eine Vielzahl an genannten Einsätzen aufweisen, die auf der Peripherie des Zahns voneinander beabstandet angeordnet sind, und wobei die Einsätze zumindest eines der genannten Zähne der genannten Reihe relativ zu den Einsätzen auf zumindest einem anderen Zahn peripher versetzt sind, sodaß die versetzten und beabstandeten Einsätze Rotationswege besitzen, die einander kreuzen, um eine kontinuierliche Profilschneidlinie zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl an Trägern einstellbar an Zähnen des drehbaren Fräswerkzeugkörpers befestigbar sind, wobei jeder eine gemeinsame Befestigung zum Montieren einer Vielzahl an Einsätzen eines jeweiligen Zahns in genannter gegenseitig beabstandeter Beziehung auf dem Körper vorsieht, und dadurch, daß bei zumindest einigen der Einsätzen deren Schneidkanten in situ geschliffen werden, um das Profil der genannten Schneidlinie zu definieren.
Die Sitzflächen der einzelnen Einsätze können einstückig in genanntem Zahn der Scheibe oder Trommelkörper ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Körper mit Trägern oder Schuhen versehen sein, von denen jeder Befestigungen für eine Vielzahl von Einsätzen besitzt. Wenn die Träger austauschbar sind, können die Einsätze in geeigneten relativen Positionen auf ihnen vormontiert sein, wodurch der Austausch der Einsätze erleichtert wird. Jeder Träger kann auch einstellbar befestigt sein, sodaß die von ihm getragenen Einsätze als Gruppe positioniert werden können.
Vorzugsweise haben die Einsätze ein Paar parallel gegenüberliegender Stirnseiten, von denen eine die Freifläche bildet, die sich von der Schneidkante in Schneidrichtung nach hinten erstreckt, wobei genannte Stirnseiten die größten Stirnseiten der Einsatzkonfiguration sind.
Gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Aspekts ist ein Verfahren zur Herstellung eines Fräswerkzeugs zum Schneiden einer Profilform vorgesehen, bei dem ein drehbarer Fräswerkzeugkörper zumindest eine Reihe von Zähnen um seinen Umfang aufweist, auf denen Schneideinsätze austauschbar montiert sind, wobei auf zumindest einigen Zähnen eine Vielzahl von Einsätzen in Abständen und in versetzten relativen Positionen auf zumindest einem genannten Zahn relativ zu zumindest einem anderen genannten Zahn montiert ist, sodaß genannte Einsätze einander schneidende Rotationswege haben, um eine kontinuierliche Profilschneidlinie zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Einsätze gruppenweise auf Trägern montiert sind, die auf jeweiligen Zähnen des Fräswerkzeugkörpers eingestellt sind, um die Positionen der Einsätze auf genannten Zähnen einzustellen, und dadurch daß zumindest einige der genannten Einsätze mit profilgeschliffenen Schneidkanten versehen werden, während sie auf dem Fräswerkzeugkörper am Profil genannter Schneidlinie befestigt sind.
Der anfängliche Freiwinkel an der Schneidkante auf einem Einsatz eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs beträgt vorzugsweise vor dem Fräsen nicht weniger als 10º. Ohne die Sicherheit oder Funktion des Einsatzes in irgendeiner materialbezogenen Hinsicht zu beeinträchtigen, kann die Freifläche auch auf einen wesentlich größeren Freiwinkel, z.B. mehr als 12º, eingestellt sein. Durch Vorsehen eines großen anfänglichen Freiwinkels ist es möglich, das Profil zu bilden, indem die Freifläche an der Schneidkante zu einem kleineren Freiwinkel weggeschliffen wird und genügend Freifläche unverändert zu lassen, um ein Nachschleifen zu ermöglichen, bevor die Einsätze versetzt oder ausgetauscht werden müssen. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, vorzusehen, daß der Einsatz so ausgebildet und positioniert ist, daß er eine seiner größeren Stirnflächen als Freifläche hat.
Normalerweise ist es zweckmäßig, Einsätze zu verwenden, die eine regelmäßige vierseitige Freifläche, z.B. mit rechteckige Form oder Rautenform, aufweisen, selbst wenn das Schleifen den Schneidkanten eine deutliche Krümmung verleiht, z.B. wenn ein stark gerundetes Profil an den äußeren Spitzen der Zähne des Fräswerkzeugs geschnitten werden soll. Es sollte dann noch immer möglich sein, zumindest ein Kantenpaar des Einsatzes durch das Schleifen des ersten Schneidkantenprofils nicht zu verändern und auf das Schleifen zum gewünschten Profil vorzubereiten, wenn der Einsatz versetzt wird.
Es folgt eine ausführlichere Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen, von denen:
Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen eines ersten erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs in einer Seiten- bzw. Vorderansicht sind, wobei Fig.2 eine zusammengesetzte Ansicht des Musters ist, in dem die Schneideinsätze auf dem Fräswerkzeug angeordnet sind;
Figuren 3 und 4 das Muster der aufnehmenden Vertiefungen und ihrer Einsätze auf einer Abfolge von Zähnen des Fräswerkzeugs darstellen;
Fig.5 einen typischen Einsatz und seine Sitzfläche auf einem Zahn des Fräswerkzeugs darstellt;
Fig.6 ähnlich wie Fig.1 eine Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs ist;
Figuren 7(a)-(d) und 8(a)-(d) zwei alternative Anordnungen von Einsätzen für das Fräswerkzeug von Fig.6 sind und
Figuren 9 und 10 detaillierte Schnittansichten der Einsatzfassungen von Fig.7 bzw. 8 sind.
Das scheibenförmige Fräswerkzeug der Figuren 1 und 2 hat eine herkömmliche Bohrung 102 und Keilnut 104, um es an die Welle einer Fräsmaschine zu montieren. Es ist in Abständen um seine Peripherie gerippt, um eine Reihe von Zähnen 106 mit identischer Form zu bilden, mit Ausnahme der Sitzflächen 108 (Fig.5), die sie für eine Reihe umkehrbarer Schneideinsätze 110 enthalten, die die Schneidkanten des Werkzeugs bilden.
Diese Sitzflächen sind in zwei unterschiedlichen Mustern ausgebildet, wobei jedes Muster auf abwechselnden Zähnen 106 vorgesehen ist. Figuren 3 und 4 zeigen die zwei Muster, in denen die Einsätze in Abständen voneinander um die Vorderfläche des Zahns angeordnet sind. Wie aus Fig.1 ersichtlich liegen die Vorderflächen der Einsätze in radialen Ebenen der Frässcheibe, d.h. in einem radialen Spanwinkel von null. In diesem Beispiel fallen die Vorderflächen der Zähne überdies mit den Vorderflächen ihrer Einsätze zusammen. Durch die alternierenden Zähne auf der Frässcheibe sind die Positionen der Einsätze versetzt, sodaß die Positionen der Einsätze zweier aufeinanderfolgender Zähne in Kombination die überlappende Reihe von Fig.2 ausmachen. Daher erhält man mit einem Zahn (Fig.3), der die Einsätze 1, 3, 5, 7 des Profils trägt, und dem anderen Zahn (Fig.4), der die Einsätze 2, 4, 6, 8 trägt, das zusammengesetzte Muster der Einsätze 1-8 von Fig.2.
Die Positionen der Einsätze sind so angeordnet, daß in ihrer ursprünglichen polygonalen Form die durch ihre aktiven Schneidkanten ausgebogenen Rotationsflächen über das beabsichtigte zu schneidende Profil hinausragen. Mit in Position befindlichen Einsätzen werden die aktiven Schneidkanten zurück zur beabsichtigten, an 112 (Fig.2) gekennzeichneten Profillinie geschliffen. Daher und aufgrund des Überlappens der einzelnen Einsätze auf aufeinanderfolgenden Zähnen kann das Profil durch den Fräser genau gefräst werden, wodurch eine Endbearbeitung nicht mehr erforderlich ist. Da die Schneidkanten der Einsätze geformt werden, wenn diese fest auf dem Fräswerkzeug angebracht sind, kann Genauigkeit sichergestellt werden.
Der in Fig.5 vor dem Profilschleifen dargestellte Einsatz hat parallele Hauptflächen 120, 122 in Parallelogrammform, Vorder- und Hinterflächen 124, die von der oberen Fläche nach innen geneigt sind, und senkrecht zur oberen Fläche verlaufende Seitenflächen 126, sodaß der Einsatz in seiner Sitzfläche von vorne nach hinten versetzbar ist. Er ist durch eine Mittelschraube 128 befestigt. Die Sitzfläche hat eine Bodenfläche 132, die in einer radialen Ebene des Werkzeugs in einem Winkel von üblicherweise 75º zu einem durch ihre Vorderkante verlaufenden Radius liegt. Die Spitze oder Freifläche 120 des Einsatzes hat somit einen Freiwinkel von üblicherweise 15º.
Die Sitzfläche kann in ähnlicher Weise eine nicht dargestellte Seitenfläche für eine Seitenfläche 126 des Einsatzes aufweisen, die so ausgerichtet ist, daß die exponierte gegenüberliegende Seitenfläche des Einsatzes ebenfalls in einem Freiwinkel von 15º liegt. Im dargestellten Beispiel ist dieser letztere Freiwinkel, wie aus Figuren 3 und 4 ersichtlich, üblicherweise nur für die Einsätze an den äußeren Spitzen der Fräszähne erforderlich. Figuren 3 und 4 stellen durch die durchbrochene Linie 136 die Kontur des Fräswerkzeugkörpers dar.
Zum Formen des endgültigen Fräsprofils mit befestigten Einsätzen werden die Freiflächen 120, 126 je nach Bedarf zurückgeschliffen, um die aktiven Schneidkanten der anfänglich polygonalen Einsätze zu verändern, wobei jede Fläche in einer zu ihrem anfänglichen Freiwinkel schrägen Ebene geschliffen wird. Der Schleifschnitt läuft auf der Freifläche aus, um nur einen Abschnitt dieser Fläche von ihrer Verbindung mit der Schneidkante in einem Freiwinkel von wesentlich weniger als 15º zu belassen, auf den die Flächen ursprünglich eingestellt wurden. Der Auslauf des Schleifschnitts auf diesen Flächen ist vorzugsweise ein ausreichend kleiner Abstand von der aktiven Schneidkante, um ein Nachschleifen der Schneidkanten in derselben Weise zu ermöglichen, um ihre Nutzungsdauer zu verlängern, bevor die Einsätze versetzt und die gegenüberliegenden Schneidkanten zum Profil gebildet werden, indem die gegenüberliegenden Bereiche der Freiflächen in derselben Weise geschliffen werden.
In der zweiten Form des dargestellten Fräsers sind Teile, die mit den bereits bei der ersten Fräserform beschriebenen Teilen identisch sind, durch dieselben Bezugszeichen angegeben. In diesem zweiten Beispiel jedoch sind die Schneideinsätze 140 nicht direkt in den Sitzflächen aufgenommen, die an der Peripherie des Fräswerkzeugkörpers einstückig mit den Zähnen 142 ausgebildet sind. Stattdessen sind die Einsätze 140 in Gruppen von zwei oder mehr auf Trägern oder Schuhen 144 montiert, die selbst einstellbar in Schlitzen 146 befestigt sind, die einstückig in den Zähnen 142 ausgebildet sind.
Jeder Schlitz 146 hat eine Hinterfläche 148, gegen die der Schuh 144 aufliegt. Zwischen der Schlitzhinterfläche und dem Schuh besteht eine Zapfverbindung 150, die es dem Schuh ermöglicht, in axialer Richtung des Zapfens über die Hinterfläche zu gleiten. Die Einstellungsposition des Schuhs 144 auf der Zapfverbindung wird durch einen Keil 152 gesteuert, der sandwichartig zwischen den Schuh und die Bodenfläche 154 des Schlitzes eingeschoben und parallel zur Bodenfläche verschiebbar ist. Nach Einstellung des Keils, um die Position des Schuhs axial zur Zapfenverbindung einzustellen, kann der Schuh durch einen oder mehrere Klemmkeile 156 angrenzend zum Schlitz 146 fixiert werden, die durch nicht dargestellte Schrauben auf dem Fräswerkzeugkörper befestigt werden können. Die Bewegung jedes Einstellkeils wird durch Drehen eines Stifts 160 erreicht, der in den Fräswerkzeugkörper eingedreht ist und einen Hals 162 aufweist, der in eine Vertiefung 164 des Keils eingreift, sodaß sich der Keil bei Drehen der Schraube parallel zur Schlitzhinterfläche 148 bewegt.
Figuren 7(a) bis (d) und Fig.9 zeigen die Einsätze 140, die ähnlich wie die Einsätze des ersten Beispiels tangential auf dem Fräswerkzeugkörper montiert sind, wobei etwa radial gerichtete Klemmschrauben 170 sie auf ihrem Schuh befestigen. Wie aus Fig.9 ersichtlich, hat die obere Fläche des Einsatzes eine mittlere Ausnehmung 172, um an jeder Schneidkante einen getrennten oberen Schneidkantenrücken zu schaffen, der unabhängig vom anderen Schneidkantenrücken und ohne Schwierigkeiten aufgrund des Schleifscheibenauslaufs geschliffen werden kann.
Figuren 8(a)-(d) und Fig.10 zeigen Einsätze 140a, die radial auf ihren Schuhen montiert sind, wobei die Klemmschrauben etwa tangential gerichtet sind. Es sei angemerkt, daß die urprünglichen Formen der Einsätze variiert sein können, um den jeweils zu schneidenden Profilen am besten zu entsprechen, und dieses Beispiel zeigt auch die Verwendung versetzbarer Einsätze, die andere Formen als die eines Parallelogramms besitzen. In anderer Hinsicht ist die Anordnung identisch mit jener der Figuren 7 und 9, und es werden auch für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In diesem zweiten Beispiel eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs ist aus den Figuren 7 und 8 ersichtlich, daß das zusammengesetze Muster des das Schneidprofil bildenden Einsatzes über vier aufeinanderfolgende Zähne 142 des Fräswerkzeugkörpers verteilt ist, wobei es vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten aufeinanderfolgender Zähne abwechselt. Beginnend mit dem die Einsätze 1, 3 tragenden Zahn hat der nächste Zahn somit 5, 7, danach 2, 4 und dann 6, 8. Figuren 7 und 8 zeigen auch, wie die einzelnen Schuhe axial vom Fräswerkzeug über den maximalen Radius des Profils hinausragen.
Ein weiteres in Figuren 7 und 8 dargestelltes Merkmal ist die Ausrichtung des Zapfens in einem schiefen Winkel zur radialen Richtung. Wenn das Schneidprofil des Werkzeugs nachgeschliffen werden soll, wird jeder Schuh mit seinen daran befestigt bleibenden Einsätzen entlang des Zapfens vorgeschoben, wobei aufgrund des schiefwinkeligen Vorschubs das wegzuschleifende Material minimiert werden kann. Das beträchtliche Überlappen der Einsätze verschiedener Zähne des Musters im Mittelpunkt des Profils kann die axiale Bewegung der Einsätze aufnehmen, die bei dieser Einstellung auftritt. Die Schiefwinkeligkeit des Zapfens in radialer Richtung hängt vom jeweiligen Profil ab, doch zur Erzielung einer optimalen Wirkung wird der Winkel üblicherweise auf den Mittelwert des Neigungsbereichs des Profils selbst in diesem durch die Einsätze auf dem Schuh überspannten Bereich eingestellt. Somit können auf verschiedenen Zähnen desselben Fräswerkzeugs unterschiedliche Winkel verwendet werden.
Aus einem Vergleich der Figuren 6 und 9 ist ersichtlich, daß die Schuhvertiefungen, in denen die Einsätze getragen werden, in Fig.6 nicht gezeigt sind, um andere Merkmale der Konstruktion deutlicher darzustellen.
Innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung sind, wie in den Ansprüchen angeführt, viele Modifikationen möglich. Beispielsweise kann sich das Muster überlappender Einsätze im Bedarfsfall über mehr als zwei aufeinanderfolgende Zähne ausbreiten. Außerdem können die Zähne des Fräswerkzeugs einen unterschiedlichen Abstand aufweisen, um den Schneidvorgang zu erleichtern.

Claims

1. Fräswerkzeug umfassend einen drehbaren Körper, auf dem sich zumindest eine am Umfang angeordnete Reihe von Zähnen (106; 142) befindet, die Schneideinsätze (110; 140) tragen, wobei zumindest einige der Zähne eine Vielzahl genannter Einsätze aufweist, die auf der Peripherie des Zahns in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und wobei die Einsätze von zumindest einem genannten Zahn genannter Reihe relativ zu den Einsätzen auf zumindest einem anderen Zahn peripher versetzt sind, sodaß die versetzten und beabstandeten Einsätze Rotationswege aufweisen, die sich schneiden, um eine kontinuierliche Profilschnittlinie (112) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Trägern (144) einstellbar an den Zähnen (142) des drehbaren Fräswerkzeugkörpers befestigbar ist und jeder eine gemeinsame Fassung zum Montieren einer Vielzahl von Einsätzen (140) eines jeweiligen Zahns in genannter gegenseitig beabstandeter Beziehung auf dem Körper vorsieht, und daß die Schneidkanten zumindest einiger Einsätze in situ auf den Zähnen geschliffen werden, um das Profil genannter Schneidlinie zu definieren.

2. Fräswerkzeug nach Anspruch 1, worin die Träger (144) durch Führungsmittel (150) in Eingriff genommen werden, die auf dem Fräswerkzeugkörper schräg zur Rotationsachse des Fräswerkzeugs einstellbar sind.

3. Fräswerkzeug nach Anspruch 1, worin die Profilschneidlinie (112) einen Bereich mit maximalem Radius zwischen Bereichen mit geringerem Radius aufweist, und worin sich zumindest eine Vielzahl der Träger (144) in ihrer Gesamtheit oder hauptsächlich zu einer Seite des genannten Bereichs mit maximalem Radius erstreckt und schräg nach außen und weg von genanntem Bereich mit maximalem Radius einstellbar ist.

4. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin eine Vielzahl genannter Einsätze auf Sitzflächen montiert ist, die in genannten Zähnen des drehbaren Fräswerkzeugkörpers einstückig ausgebildet sind.

5. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Einsätze auf aufeinanderfolgenden Zähnen in Gruppen angeordnet sind, die relativ zueinander zu gegenüberliegenden Seiten des Fräswerkzeugs versetzt sind.

6. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest einige der Einsätze Schneidkanten aufweisen, die an der Verbindungsstelle von Vorder- und Freiflächen (124, 120) des Einsatzes ausgebildet sind, wobei die Freifläche größer als die Vorderfläche ist.

7. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest einige der Einsätze operative Schneidkanten mit einer Freifläche aufweisen, die einen kleineren Freiwinkel unmittelbar angrenzend zur Schneidkante aufweist.

8. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Einsätze Vorderflächen aufweisen, die im wesentlichen mit der Vorderfläche der Zähne des Körpers übereinstimmen, auf dem sie montiert sind.

9. Verfahren zum Herstellen eines Fräswerkzeugs zum Schneiden einer Profilform, worin ein drehbarer Fräswerkzeugkörper zumindest eine Reihe von Zähnen (106; 142) um seinen Umfang aufweist, auf denen Schneideinsätze (110; 142) austauschbar montiert sind, worin auf zumindest einigen Zähnen eine Vielzahl genannter Einsätze in einem Abstand voneinander und in versetzten relativen Positionen auf zumindest einem genannten Zahn relativ zu zumindest einem anderen genannten Zahn montiert ist, sodaß genannte Einsätze einander schneidende Rotationswege aufweisen, um eine kontinuierliche Profilschnittlinie (112) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Einsätze gruppenweise auf Trägern (144) montiert sind, die auf jeweiligen Zähnen (142) des Fräswerkzeugkörpers eingestellt sind, um die Positionen der Einsätze auf genannten Zähnen einzustellen, und daß zumindest einige der genannten Einsätze mit profilgeschliffenen Schneidkanten zum Profil der genannten Schneidlinie (112) versehen werden, während sie auf dem Fräswerkzeugkörper befestigt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 10, worin genannte Träger (144) für die genannte Einstellung schräg zur Schneidachse verschoben sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Profilschleifen auf einen Bereich einer Kante oder von Kanten zumindest einiger der Einsätze beschränkt ist, um einen entsprechenden Bereich einer gegenüberliegenden Kante oder gegenüberliegender Kanten jedes der genannten Einsätze zur neuerlichen Verwendung der Einsätze einem ähnlichen Schleifen zu unterziehen.