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Die
vorliegende Erfindung betrifft die lösbar oder unlösbar befestigten
Fräseinsätze, und
sie betrifft insbesondere das Profil der Schneidkanten dieser Einsätze, wie
beschrieben in dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In
der vorliegenden Beschreibung wird die Eigenrotationsachse des Fräsers mit
Z bezeichnet, und zwei Achsen, die eine zu bearbeitende Fläche tangieren,
werden mit X und Y bezeichnet, wobei die Achsen X, Y und Z unabhängig aber
nicht notwendigerweise rechtwinklig sind.
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Ein
erster Anwendungsbereich der Fräser betrifft
das Stirnfräsen
(surfaçage),
das heißt
die Bearbeitung einer Werkstücksfläche, um
dort zum Beispiel Nuten oder Absätze
herzustellen. Das "Planfräsen" ("dressage") besteht insbesondere
darin, in einer Werkstücksfläche einen
Absatz herzustellen, um unterhalb dieser Fläche eine "Ecke" mit
einem Spitzenwinkel von ungefähr
90° zu erhalten.
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Die
Schneidkanten der bekannten Fräseinsätze haben
generell eine solche Form, dass das aktive Ende des Fräsers, das
die zu bearbeitende Fläche
berührt,
praktisch eben ist. Daraus resultiert, dass man nicht in das Material
einstechen kann, das heißt
keine Einstechbewegung in Richtung der Achse Z oder einer Kombination
aus den Achsen Z und X oder Y möglich
ist. Die für
den Antrieb eines solchen Fräsers
erforderliche Leistung wäre
nämlich
zu groß,
und selbst dann, wenn man sie aufbringen könnte, wäre die Qualität der bearbeiteten
Oberfläche
zu schlecht und die Abführung
der Späne
uneffizient.
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Man
ist also gezwungen, sich zu Beginn außerhalb des Werkstücks zu positionieren,
um die Bearbeitung einer Fläche
in Angriff zu nehmen, oder in diese Fläche ein Vorbereitungsloch zu
bohren, wobei alle diese "Lösungen" nicht sehr praktisch
sind.
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Ein
zweiter Anwendungsbereich der Fräser betrifft
das Bohren von Löchern,
deren Durchmesser über
dem Durchmesserbereich verfügbarer
Bohrer liegt, in einer Fläche
eines zu bearbeitenden Werkstücks.
Dazu benutzt man üblicherweise
Fräser
mit halbkugelförmigem
Endstück,
mit denen man effizient Löcher
realisieren kann, die zum Beispiel die Form eines geraden Zylinders
haben. Aber ein derart realisierter Zylindern ist in dem Sinne nicht
vollkommen, dass die Mantellinien dieses Zylinders mit seiner Basis
keinen rechten Winkel bilden, sondern eine Rundung, deren Krümmungsradius
mindestens so groß ist,
wie der Radius des genannten halbkugelförmigen Endstücks (selten
kleiner als 6 mm).
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Um
diesen Nachteil der klassischen Fräseinsätze zu beseitigen, schlägt die europäische Patentanmeldung
EP-0 585 800 lösbare
Fräseinsätze vor, deren
Spitzen in der Richtung der Fräserachse
vorstehen in Bezug auf die Stimseite des Fräserkörpers, an dem man sie befestigt,
wobei jede dieser Spitzen durch eine axial ausgerichtete Hauptschneide
und eine "interne" Sekundärschneide
gebildet wird, die der Fräserachse
gegenübersteht
und einen bestimmten spitzen Winkel mit dieser bildet. Man kennt übrigens
schon aus der europäischen
Patentanmeldung EP-0 239 045 ein analoges Fräseinsatzprofil.
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Aber
bei den in diesen beiden Dokumenten offenbarten Fräsern gibt
es Probleme mit Stabilität der
Einsätze
in ihren Aufnahmen. Die Schneidkräfte, die im Laufe der Benutzung
auf die vorstehenden Spitzen eines Fräseinsatzes wirken, wirken als
ein Kräftepaar
im Sinne einer Kippbewegung des Fräseinsatzes um seine Befestigungsschraube
herum, und sind bestrebt, diesen Fräseinsatz aus seiner Aufnahme
herauszureißen.
Dieser schädliche
Effekt ist um so stärker,
je länger
der Teil der Hauptschneide ist, der sich vor der Stimseite des Fräserkörpers befindet,
bezogen auf den Teil, der sich hinter der Stimseite befindet.
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EP 0 956 927 zeigt den Stand
der Technik nach Artikel 54(3)EPÜ.
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Um
diese diversen Nachteile der Fräser
nach dem Stand der Technik zu beseitigen, schlägt die vorliegende Erfindung
einen Fräseinsatz
vor, der Fräsern
ermöglicht,
in einer zu der Oberfläche
des zu bearbeitenden Materials senkrechten Richtung in das zu bearbeitende
Material einzudringen, wobei dieser Fräseinsatz dadurch gekennzeichnet
ist, dass wenigstens einer seiner Schneidränder umfasst:
- – eine
Hauptschneide (A), in Längsrichtung
ausgerichtet in Bezug auf die Z-Achse der Fräse,
- – eine
Verbindungsschneide (B), welche die Form eines scharten Winkels
oder einer Kurve oder auch einer Fase haben kann,
- – eine
optionale "Planfräs" bzw. "Glättungskante" (C), quer ausgerichtet
in Bezug auf die Z-Achse der
Fräse,
- – eine
Proximalschneide (D), im Wesentlichen quer ausgerichtet, wobei die
genannte Verbindungsschneide (B) in Bezug auf die Proximalschneide
(D) in Richtung Vorderseite des Fräsers vorsteht, und
- – eine
Sekundärschneide
(E), die der Z-Achse des Fräsers
gegenübersteht
und als Innenschneide fungiert, die sich zwischen den genannten Schneidkanten
(D) und (C) oder – in
Ermangelung von letzterer – (D)
und (B) befindet.
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Ein
Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Fräseinsatzes
in Bezug auf die Einsätze
nach dem Stand der Technik besteht darin, dass man dank dieser neuen
Schneidkante (D) seine vorstehende Spitze der Stimseite des Fräserkörpers annähern kann und
dabei die wünschenswerte
Richtung der Sekundärschneide
(E) in Bezug auf die Z-Achse des Fräsers beibehalten kann.
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Nach
einer speziellen Ausführungsart
ist der genannte Fräseinsatz
ein lösbarer
Einsatz mit zwei identischen Schneidkanten nach der Erfindung, und bei
jeder dieser Schneidkanten dient die der Proximalschneide (D) zugeordnete
bzw. mit ihr verbundene Fräseinsatz-Rückenfläche (dépouille)
auch als hintere Abstützfläche, wenn
man diesen Einsatz an dem Fräserkörper befestigt.
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Weitere
Vorteile, Zwecke und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus
der nachfolgenden Beschreibung von rein beispielartigen Ausführugsbeispielen
hervor, bezogen auf die beigefügten Figuren:
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die 1 ist eine perspektivische
Darstellung einer Stirnfräs-Planfräsoperation,
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die 2 zeigt das aktive Ende eines
Fräsers
nach dem Stand der Technik, bestückt
mit zwei erfindungsgemäßen Fräseinsätzen, von
denen man den einen von vom sieht und den anderen nur teilweise
von hinten,
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die 3 zeigt das aktive Ende eines
Fräsers
nach der Erfindung, bestückt
mit zwei erfindungsgemäßen Fräseinsätzen, von
denen man den einen von vom sieht und den anderen nur teilweise von
hinten,
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die 4(a) und 4(b) sind schematische Draufsichten von
Fräseinsätzen nach
zwei anderen Ausführungsarten
der Erfindung,
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die 5 ist eine perspektivische
Ansicht einer mit Hilfe von erfindungsgemäßen Fräseinsätzen durchgeführten Bearbeitung,
in deren Verlauf die Verschiebung des Fräsers (angezeigt durch den Pfeil)
entsprechend seiner eigenen Achse erfolgt,
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die 6 ist ein Aufriss des aktiven
Endes des Fräsers
und eine Schnittansicht des Werkstücks, dessen Bearbeitung in
der 5 dargestellt ist.
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die 7 ist eine perspektivische
Ansicht einer mit Hilfe von erfindungsgemäßen Fräseinsätzen durchgeführten Bearbeitung,
in deren Verlauf das Werkzeug in schräger Richtung (angezeigt durch
den Pfeil) in die zu bearbeitende Oberfläche einsticht,
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die 8 ist ein Aufriss des aktiven
Endes des Fräsers
und eine Schnittansicht des Werkstücks, dessen Bearbeitung in
der 7 dargestellt ist,
und
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die 9 ist eine perspektivische
Ansicht einer Spiralinterpolationsbearbeitung, durchgeführt mit erfindungsgemäßen Fräseinsätzen.
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Die 1 zeigt einen Fräser mit
einer Achse Z, der auf einer Seite eines zu bearbeitenden Werkstücks einen
Absatz 10 fräst.
Die Verschiebung des Fräsers
(angezeigt durch den Pfeil) findet in einer Richtung statt, die
parallel ist zu der Oberfläche
der genannten Seite und logischerweise in der Ebene X-Y enthalten
ist.
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Die 2 zeigt einen Fräserkörper 9,
an dessen Ende zwei identische Einsätze 2 und 3 nach dem
Stand der Technik festgeschraubt sind. Für die Spanabführung sind
direkt hinter den Fräseinsätzen 2 und 3 Taschen
wie etwa die Tasche 4 vorgesehen. Das Symbol (A') bezeichnet eine
Hauptschneide der Platte 2, die längs ausgerichtet ist in Bezug
auf die Achse des Fräsers
und geradlinig, spiralförmig
oder auch anders sein kann. Das Symbols (B') bezeichnet eine Verbindungszone, welche
die Form eines scharten Winkels oder einer Kurve oder auch einer
Fase haben kann. Das Symbol (C')
bezeichnet eine optionale Schneidkante, allgemein als "Glättungskante" bezeichnet, quer
ausgerichtet in Bezug auf die Achse Z des Fräsers. Das Symbol (E') bezeichnet eine
sekundäre
Innenschneidkante, der Z-Achse des Fräsers gegenüberstehend, die mit dieser
Achse einen bestimmten Winkel α' bildet.
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Die
Verbindungszone (B')
steht vor in Bezug auf die Stimseite 13 des Fräserkörpers 9.
Daraus resultiert ein Versatz L' zwischen
der Stimseite 13 und der Glättungskante (C') (oder – im Falle
ihres Fehlens – dem
entsprechenden Ende der Verbindungszone (B')). Dieser Abstand L' bildet während der Benutzung einen Hebelarm
für die
Schneidkräfte
und verursacht ein auf die Fräseinsätze wirkendes
unerwünschtes
Moment, das diese in ihrer jeweiligen Aufnahme destabilisiert.
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Die 3 stellt einen Fräserkörper 5 dar,
an dessen Ende zwei identische erfindungsgemäße Fräseinsätze 6 und 7 festgeschraubt
sind. Zur Abführung
der Späne
sind Taschen wie etwa die Tasche 8 direkt hinter den Einsätzen 6 und 7 vorgesehen.
Die Teile (A), (B), (C) und (E) des Fräseinsatzes 6 entsprechen
jeweils den Teilen (A'),
(B'), (C') und (E') des Fräseinsatzes 2,
aber der erfindungsgemäße Fräseinsatz 6 unterscheidet
sich dadurch, dass die Schneidkante in ihrem proximalen Teil durch
eine im Wesentlichen quergerichtete Kante (D) möglichst nahe bei der Fräserachse
Z endet. Der Vergleich zwischen den 2 und 3 zeigt sofort, dass dank
dieser Änderung
der Abstand L zwischen der vorstehenden Spitze des Fräseinsatzes 6 und
der Stimseite 14 des Fräserkörpers bei
gleicher Axiallänge
des Fräsereinsatzes
erfindungsgemäß kleiner
ist als L'. Infolgedessen
wird der Hebelarm der Schneidkräfte
kleiner und die erfindungsgemäßen Fräseinsätze sitzen
deutlich stabiler in ihren Aufnahmen als die Fräseinsätze nach dem Stand der Technik.
Man stellt fest, dass es, um dieses Ergebnis zu erzielen, nicht
notwendig ist, zwischen der Sekundärschneidkante (E) und der Z-Achse
des Fräsers
einen Winkel α vorzusehen,
der größer ist
als α'.
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Der
Abstand L ist vorzugsweise zwischen 10% und 40% der Länge der
Schneide (A) enthalten. Der Winkel α kann je nach Bedarf zwischen
innerhalb eines großen
Bereichs variieren, vorzugsweise zwischen 10° und 70°.
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Wenn
der Fräseinsatz,
wie dargestellt in den 3 und 4, ein lösbarer Einsatz mit zwei identischen
erfindungsgemäßen Schneidkanten
ist, kann man die Indexierung des Fräseinsatzes benutzen, um die
der Schneidkante (D) zugeordnete bzw. mit ihr verbundene Fräseinsatz-Rückenfläche (dépouille) die
Rolle der Lokalisierungs- bzw. Festlegungsfläche spielen zu lassen. Mit
anderen Worten kann man diese Fräseinsatz-Rückenfläche dazu
benutzen, den Fräseinsatz 6 longitudinal
zu positionieren, durch Abstützung
auf einer hinteren Fläche
der Fräsereinsatz-Aufnahme,
wenn man den Einsatz an dem Fräserkörper 5 befestigt.
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Es
kann wünschenswert
sein, bei ein und demselben Fräseinsatz über mehr
als zwei erfindungsgemäße Schneidkanten
zu vertilgen. Das resultierende Profil, wenn man drei oder vier
dieser Schneidkanten hat, zeigen die 4(a) und 4(b).
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Ein
mit erfindungsgemäßen Einsätzen ausgerüsteter Fräser kann
auf unterschiedliche Weise benutzt werden.
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Man
kann zum Beispiel, wie dargestellt in der 5, direkt in das zu bearbeitende Material
einstechen, indem man den Fräser
entsprechend seiner Z-Achse verschiebt. Wie man in der 6 sehen kann, bildet sich
an der Oberfläche
des zu bearbeitenden Werkstücks
unter der Stirnseite 14 des Fräsers infolge seiner Verschiebung
und seiner Eigendrehung eine Erhebung 11 aus. Diese Erhebung 11 wird
umschlossen von der kreisförmigen
Rille, die aus der kombinierten Materialabtragung der Schneidkanten
des Typs (A) am äußeren Rand
dieser Rille und den Schneidkanten des Typs (E) an ihrem inneren
Rand resultiert, wobei diese Ränder
die Flanken der Erhebung 11 bilden.
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Die
Verschiebung des Fräsers
gemäß Z lässt diese
sehr schnell auf dieser Erhebung 11 anschlagen, aber man
kann die Bearbeitung dann leicht fortsetzen, indem man den Fräser gemäß X-Y verschiebt,
um irgend eine Stimfräsarbeit
auszuführen.
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Man
kann in die zu bearbeitende Oberfläche auch in einer schrägen Richtung
einstechen. Es bildet sich dann unter dem aktiven Ende des Fräsers eine
Erhebung 12 aus dem zu bearbeitenden Material, die im vorliegenden
Fall aussieht wie dargestellt in der 8.
Diese zweite Anwendungsart der Erfindung ermöglicht, ohne Begrenzung der
erreichbaren Tiefe in das Werkstück
einzudringen.
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Man
sieht also, dass sich unabhängig
von der Anwendungsart eines erfindungsgemäßen Fräsers an der Oberfläche des
zu bearbeitenden Werkstücks
immer eine Erhebung ausbildet, die in dem Maße nachgeschnitten wird, wie
der Fräser
gemäß X-Y (eventuell
mit Z kombiniert) verschoben wird. Dieses Verfahren ermöglicht also
eine Endbearbeitung einer Oberfläche
des Werkstücks,
um ihr jedes erwünschte
Aussehen zu verleihen.
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Derart
erreicht man das in der Einführung
der vorliegenden Abhandlung angestrebte Ziel, da man dank der erfindungsgemäßen Fräseinsätze imstande ist,
bei einem zu bearbeitendes Werkstück an egal welcher Stelle in
eine seiner Flächen
einzustechen (anstatt vorher an dieser Stelle ein Loch bohren zu müssen oder
mit der Bearbeitung außerhalb
des Werkstücks
beginnen zu müssen),
ohne dass deswegen die Befestigung dieser Fräseinsätze in ihrer jeweiligen Aufnahme
destabilisiert würde.
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Eine
weitere Anwendungsart des erfindungsgemäßen Fräsers – auch sie in der Praxis wichtig – besteht
darin, den Fräser
eine Verschiebung längs
einer spiralförmigen
Bahn ausführen
zu lassen, deren Achse parallel ist zu der Z-Achse des Fräsers, wie
die 9 zeigt. Derart
kann man ein Loch von beliebiger Größe in ein Werkstück bohren,
dessen Boden Ränder
aufweisen kann, die der Form entsprechen die man wahlweise der Verbindungszone
(B) der Fräseinsätze geben
kann.
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Man
kann vorteilhaft die Möglichkeiten
nutzen, welche die Werkzeugmaschinen mit numerischer Steuerung (CNC)
bieten. Diese ermöglichen bekanntlich
eine programmierbare Steuerung der Verschiebung eines Werkzeugs
in drei Achsen, unabhängig
oder interpoliert. Diese Maschinen sind zum Beispiel üblich für die Steuerung
von halbkugelförmigen
Fräsern,
aber man kann ihre Vorzüge
im Falle der klassischen Stimfräs-Planfräs-Fräser nicht voll
nutzen, da die Verschiebung in der Z-Achse – ausschließlich oder kombiniert – nicht
möglich
ist.
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Abschließend sei
ein zusätzlicher
Vorteil der erfindungsgemäßen Fräser genannt,
der darin besteht, dass es nicht notwendig ist, die Bearbeitungsoperationen
zu unterbrechen, um Späne
abzuführen, denn
diese werden automatisch durch die Abführungstaschen beseitigt.
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Die
Ausführungsarten
der oben beschriebenen Erfindung wurden als Beispiele dargestellt,
die der Erläuterung
der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen, aber es ist selbstverständlich klar, dass
sie den Fachmann inspirieren können,
weitere Varianten zu realisieren, ohne deswegen den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Zum Beispiel ist die Schneidkante (E) nicht notwendigerweise
vollkommen geradlinig; sie kann vorteilhaft durch eine Folge kleiner
mal gerader und mal gekrümmter
Teilstücke gebildet
werden.