WO1995020071A1

WO1995020071A1 - Verfahren zum fräsen einer streifenförmigen werkstückfläche

Info

Publication number: WO1995020071A1
Application number: PCT/AT1995/000009
Authority: WO
Inventors: Helmut Rungger
Original assignee: Linsinger Maschinenbau Gesellschaft Mbh
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1995-07-27
Also published as: EP0740722A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Fräsen einer streifenförmigen Werkstückfläche mit Hilfe wenigstens eines parallel zum Bearbeitungsstreifen (3) geführten Fräswerkzeuges (2) beschrieben, dessen über den Umfang verteilte Schneiden (5) eine die Breite des Bearbeitungsstreifens (b) übersteigende Länge aufweisen. Um große Vorschubgeschwindigkeiten und eine hohe Oberflächengüte zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß das als Stirnfräser ausgebildete Fräswerkzeug, dessen Schneiden (5) in einer gemeinsamen, zur Fräserachse senkrechten Ebene (8) liegen, von dem der Fräserachse näheren Rand des Bearbeitungsstreifens in einem Achsabstand (a) geführt wird, der größer als der innere Radius (2), aber kleiner als der um die Breite des Bearbeitungsstreifens (b) verminderte äußere Radius (R), der von den Schneiden während eines Fräserumlaufes überstrichenen Kreisringfläche ist.

Description

Verfahren zum Fräsen einer streifenförmiqen Werkstückfläche

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fräsen einer streifenförmigen Werk¬ stückfläche mit Hilfe wenigstens eines parallel zum Bearbeitungsstreifen geführten Fräs¬ werkzeuges, dessen über den Umfang verteilte Schneiden eine die Breite des Bearbei¬ tungsstreifens übersteigende Länge aufweisen.

Zur Bearbeitung streifenförmiger Werkstückflächen, wie sie sich beispielsweise bei Schienen für Schienenfahrzeuge ergeben, werden im allgemeinen Schleifwerkzeuge eingesetzt, die mit einer auf den Abtrag abgestimmten Andrückkraft an den Bearbei¬ tungsstreifen angedrückt werden, um den Schleifscheibenverschleiß zu berücksichtigen. Diese Druckanstellung der Schleifwerkzeuge bedingt, daß beim Schleifen der jeweilige Längsverlauf des Bearbeitungsstreifens kopiert wird und daher unerwünschte Abweichun¬ gen im Längsverlauf bei der Schleifbearbeitung erhalten bleiben. Dazu kommt, daß mit einer erheblichen Erwärmung des zu bearbeitenden Werkstückes und einem Funkenflug zu rechnen ist, was beim Bearbeiten von verlegten Schienen zu einer erheblichen Umweltbelastung und zu einer Brandgefahr führt. Außerdem ist die in der Praxis erreich¬ bare Vorschubgeschwindigkeit auf wenige Stundenkilometer beschränkt, so daß es beim Bearbeiten von längeren Gleisanlagen zu Behinderungen des fahrplanmäßigen Schie¬ nenverkehrs kommt.

Um die Nachteile einer solchen Schleifbearbeitung von Schienen zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen (DE-A-32 22 208), die Schienenköpfe mit Hilfe von Fräswerkzeu¬ gen zu bearbeiten, deren in mehreren axialen Gruppen über den Umfang des Messer¬ kopfes verteilte Schneiden das Schienenkopfprofil nachbilden, das abschnittsweise durch die einzelnen Gruppen von Schneiden im Sinne eines Umfangsfräsens bearbeitet wird. Jeder dieser Profilabschnitte bildet somit für die zugehörige Gruppe von Schneiden einen Bearbeitungsstreifen, wobei sich die Schneiden jeweils über die Breite des zugehörigen Bearbeitungsstreifens erstrecken. Obwohl durch diese bekannte Schienenkopfbearbei- tung die Vorteile einer Fräsbearbeitung ausgenützt werden können, bleibt die erreichbare Vorschubgeschwindigkeit begrenzt, weil der durch das Umfangsfräsen bedingte, in einer oberflächennormalen Längsebene bogenförmige Schnittverlauf der einzelnen Schneiden mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit zu einem größer werdenden Abstand der Spanabträge aufeinanderfolgender Schneiden und damit zu einer sich verschlechternden Oberflächenqualität führt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fräsen einer streifenförmigen Werkstückfläche der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß die Vorteile einer Fräsbearbeitung auch bei hohen Vorschubge¬ schwindigkeiten ausgenützt werden können, ohne eine Verminderung der Oberflächen- qualität der bearbeiteten Werkstückoberfläche befürchten zu müssen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das als Stirnfräser ausgebildete Fräswerkzeug, dessen Schneiden in einer gemeinsamen, zur Fräserachse senkrechten Ebene liegen, von dem der Fräserachse näheren Rand des Bearbeitungsstreifens in einem Achsabstand geführt wird, der größer als der innere Radius, aber kleiner als der um die Breite des Bearbeitungsstreifens verminderte äußere Radius der von den Schneiden während eines Fräserumlaufes überstrichenen Kreisringfläche ist.

Da zufolge dieser Maßnahmen der Schnitteingriff der einzelnen Schneiden auf einen vergleichsweise kleinen Drehwinkel des Fräswerkzeuges beschränkt wird und die Schneiden in der Bearbeitungsfläche um eine dazu senkrechte Achse gedreht werden, können im Bereich des Schnitteingriffes hohe Schnittleistungen sichergestellt werden, die einen großen Vorschub und eine hohe Oberflächenqualität erlauben, weil sich ja die Schnitteingriffe der einzelnen Zähne in Längsrichtung des Bearbeitungsstreifens über- läppen, so daß der Bearbeitungsstreifen je Längeneinheit durch aufeinanderfolgende Zähne mehrmals bearbeitet wird. Diese Mehrfachbearbeitung bringt wegen des Schnei¬ denverlaufes ausschließlich in der Bearbeitungsebene eine besonders gute Oberflächen- qualität mit sich. Die Rauhtiefen sind um ein Vielfaches kleiner als bei einer Schleif bearbeitung.

Um die Schneidenlänge weitgehend für die Werkstückbearbeitung ausnützen zu können ist der radiale Abstand des der Fräserachse näheren Randes des Bearbeitungsstreifen vom inneren Kreis der von den Schneiden überstrichenen Kreisringfläche möglichst klei zu wählen. Dieser diesem Abstand entsprechende innere Schneidenabschnitt kommt j im Gegensatz zu dem äußeren Schneidenende nicht in den Schnitteingriff mit de Werkstück. Es empfiehlt sich daher das Fräswerkzeug von dem der Fräserachs näheren Rand des Bearbeitungsstreifens in einem Achsabstand zu führen, der de lediglich um einen Sicherheitsabstand vergrößerten inneren Radius der von den Schnei den überstrichenen Kreisfläche entsprcht. Durch diesen Sicherheitsabstand brauch lediglich gewährleistet zu werden, daß das innere Ende der Schneiden bei den gegebe nen Toleranzen nicht in den Randbereich des Bearbeitungsstreifens schneidet. Der sic durch den radialen Abstand zwischen dem von der Fräserachse entfernteren Rand de Bearbeitungsstreifens und dem äußeren Umfang der von den Schneiden überstrichene Kreisringfläche ergebende Überstand der Schneiden ist mitbestimmend für den Längen bereich, in dem der Bearbeitungsstreifen über seine gesamte Breite von einer Schneid während eines Fräserumlaufes bearbeitet wird. Damit eine gleichmäßige Oberflächen bearbeitung erzielt wird, müssen sich diese Bearbeitungsbereiche aufeinanderfolgende Zähne in Längsrichtung des Bearbeitungsstreifens überlappen. Je größer dieser Über lappungsbereich ist, um so besser wird die Oberflächenqualität aufgrund der dadurc bedingten Mehrfachbearbeitung. Da neben dem äußeren Schneidenüberstand di Umlaufgeschwindigkeit und Anzahl der Schneiden sowie die Vorschubgeschwindigkei des Fräswerkzeuges diese Überlappung bestimmen, können durch eine entsprechend Abstimmung dieser Größen aufeinander auch vorteilhafte Fräsbedingungen sichergestell werden. In der Praxis hat sich gezeigt, daß günstige Fräsergebnisse erzielt werde können, wenn die Umlaufgeschwindigkeit und Anzahl der Schneiden sowie die Vor schubgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges so aufeinander abgestimmt werden, daß de Bearbeitungsstreifen je Längeneinheit zumindest fünf Mal, vorzugsweise zumindest zeh Mal, durch aufeinanderfolgenge Schneiden bearbeitet wird. Wird in weiterer Ausbildung der Erfindung das Fräswerkzeug in Schnittrichtung der Schneiden entlang des Bearbeitungsstreifens geführt, so kann darüber hinaus der Effekt eines Gleichlauffräsens ausgenützt werden, der im Zusammenhang mit der Bearbeitung vom Bearbeitungsstreifen besonders vorteilhafte Fräsergebnisse ermöglicht.

An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Fräswerkzeug zum erfindungsgemäßen Fräsen eines Schienenkopfes in einem schematischen Axialschnitt und Fig. 2 die sich bei einem erfindungsgemäßen Fräsen streifenförmiger Werkstückflächen ergebenden grundsätzlichen Eingriffsverhältnisse für ein erfindungsgemäß einge¬ setztes Fräswerkzeug.

Um einen Schienenkopf 1 mit Hilfe von Fräswerkzeugen 2 in einer erfindungsgemäßen Art bearbeiten zu können, wird das Schienenkopfprofil durch einen Poiygonzug angenä- hert, der die einzelnen Bearbeitungsstreifen 3 bestimmt, die von jeweils einem der in Schienenlängsrichtung hintereinander angeordneten Fräswerkzeuge 2 bearbeitet wird. Zum Unterschied zu herkömmlichen Fräswerkzeugen für die Schienenkopfbearbeitung weist das erfindungsgemäß eingesetzte Fräswerkzeug 2 eine zur Fläche des zugehöri¬ gen Bearbeitungsstreifens 3 senkrechte Achse 4 auf, wobei die Schneiden 5 der über den Umfang des Fräserkopfes 6 verteilten Schneidplättchen 7 in einer gemeinsamen, die Bearbeitungsfläche bestimmenden Ebene 8 liegen. Es ergibt sich somit ein Stirnfräser, dessen Schneiden 5 eine Länge aufweisen, die größer als die Breite b des Bearbeitungs¬ streifens 3 ist. Da das Fräswerkzeug 2 bezüglich des zu bearbeitenden Streifens 3 so geführt wird, daß der Achsabstand a des Fräswerkzeuges 2 von dem der Fräserachse 4 näheren Rand 9 des Bearbeitungsstreifens 3 größer als der innere Radius r, aber kleiner als der um die Breite b des Bearbeitungsstreifens 3 verminderte äußere Radius R der von den Schneiden 5 während eines Fräserumlaufes um die Fräserachse 4 überstrichenen Kreisringfläche 10 ist, wird bei einem gegebenen Vorschub während eines Fräserumlaufes durch eine der über den Fräserumfang verteilten Schneiden 5 ein Abschnitt 11 des Bearbeitungsstreifens 3 bearbeitet, wie er in der Fig. 2 schraffiert angedeutet ist. Dieser Fig. 2 ist auch zu entnehmen, daß aufgrund des gewählten Achsabstandes a der von der Fräserachse 4 entferntere Rand 12 des Bearbeitungs¬ streifens 3 den Außenumfang 13 der Kreisringfläche 10 schneidet, was eine Bearbeitung des Streifens 3 über seine gesamte Breite b durch jede der Schneiden 5 ergibt. Für den Abschnitt 11 , der von der in einer Mittenstellung eingezeichneten Schneide 5a bearbeitet wird, ist dieser Längenbereich mit I bezeichnet. Wenn die in Umlaufrichtung 14 des Fräs¬ werkzeuges 2 folgende Schneide 5b zum Einsatz kommt, hat sich die Achse 4 des Fräswerkzeuges 2 vorschubbedingt verschoben, wie dies durch die Fräserachse 4' des strichpunktiert in der Drehstellung für die mittlere Eingriffslage der Schneide 5b' gezeich¬ neten Fräswerkzeuges angedeutet ist, so daß sich für den nachfolgenden Zahn 5b eine Bearbeitungsabschnitt ergibt, wie er durch die strichpunktierte Linie 15 in der Fig. 2 veranschaulicht wird. Der Verlagerung der Schneide 5b nach 5b' entspricht die gleichzei- tige Verlagerung der Schneide 5a nach 5a'.

Es zeigt sich, daß sich die Bearbeitungsabschnitte aufeinanderfolgender Zähne in Längs¬ richtung des Bearbeitungsstreifens 12 überlappen, was einer Mehrfachbearbeitung des Bearbeitungsstreifens 3 je Längeneinheit gleichkommt. Diese Mehrfachbearbeitung durch in der Bearbeitungsebene liegende Schneiden stellt eine hohe Oberflächengüte des be¬ arbeiteten Streifens 3 sicher, wobei die Beschränkung des Schnitteingriffs der einzelnen Schneiden auf einen vergleichsweise kleinen Drehwinkel des Fräswerkzeuges 2 einen großen Vorschub erlaubt.

Wie sich aus der Fig. 2 unmittelbar ergibt, kommt das innere Ende 16 der Schneiden 5 nicht in Schnitteingriff mit dem Bearbeitungsstreifen 3. Der Achsabstand a des Fräswerk¬ zeuges 2 vom näheren Rand 9 des Bearbeitungsstreifens 3 braucht daher nur um einen geringfügigen Sicherheitsabstand 17 größer als der innere Radius r der Kreisringfläche 10 zu sein. Der Überstand 18 des äußeren Schneidenendes 19 in bezug auf die Breite b des Bearbeitungsstreifens 3 soll jedoch im Hinblick auf die Bearbeitungslänge I größer ausfallen, um eine entsprechende Überlappung der einzelnen Bearbeitungsabschnitte 11 aufeinanderfolgender Zähne sicherzustellen. Diese Überlappung wird bei einem gegebe¬ nen Schneidenüberstand durch die Anzahl und die Umlaufgeschwindigkeit der Schneiden 5 sowie die Vorschubgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges 2 bestimmt, die im Sinne eines Gleichlauffräsens in Schnittrichtung der einzelnen Schneiden 5 verläuft.

Aufgrund der geschilderten Verhältnisse konnte beim Einsatz eines Fräswerkzeuges mit einem Außenradius R der Schneiden von 157,5 mm und einer Anzahl von 46 Schneiden, deren Länge 15 mm betrug, bei einer Fräserdrehung von 555,8 U/min ein stählerner Bearbeitungsstreifen von 10 mm mit einem Vorschub von 200 m/min gefräst werden, wobei das Fräswerkzeug in einem Achsabstand von 158,5 mm von dem der Fräserachse näheren Rand des Bearbeitungsstreifens geführt wurde. Aufgrund der gewählten Para- meter ergab sich ein Mehrfachbearbeitungsfaktor von 15,6, der eine hervorragende Oberflächenqualität sicherstellte. Die Dicke der abzuspanenden Schicht betrug bis 0,2 mm.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnten beispielsweise zwei oder mehrere in Bearbeitungsrichtung hinter¬ einander angeordnete Fräswerkzeuge zum Fräsen eines Bearbeitungsstreifens einge¬ setzt werden, wenn die Dicke der abzuspanenden Schicht größer wird. Außerdem ist der Einsatz dieses Fräsverfahrens nicht auf die Bearbeitung von Schienenköpfen beschränkt, obwohl es für dieses Einsatzgebiet aufgrund der hohen Vorschubgeschwindigkeiten von besonderer Bedeutung ist. Das geschilderte Fräsverfahren läßt sich überall dort mit Vorteil einsetzen, wo es gilt, schmale Bearbeitungsstreifen mit hoher Vorschubgeschwin¬ digkeit zu bearbeiten, ohne auf eine besonders gute Oberflächenqualität verzichten zu müssen, wie dies beispielsweise auch bei der Bearbeitung der Längskanten von Blechen der Fall ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Verfahren zum Fräsen einer streifenförmigen Werkstückfläche mit Hilfe wenigsten eines parallel zum Bearbeitungsstreifen geführten Fräswerkzeuges, dessen über de Umfang verteilte Schneiden eine die Breite des Bearbeitungsstreifens übersteigend Länge aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das als Stirnfräser ausgebildete Fräs Werkzeug, dessen Schneiden in einer gemeinsamen, zur Fräserachse senkrechten Ebene liegen, von dem der Fräserachse näheren Rand des Bearbeitungsstreifens in einem Achsabstand geführt wird, der größer als der innere Radius, aber kleiner als de um die Breite des Bearbeitungsstreifens verminderte äußere Radius der von den Schneiden während eines Fräserumlaufes überstrichenen Kreisringfläche ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerkzeug von dem der Fräserachse näheren Rand des Bearbeitungsstreifens in einem Achsabstand geführt wird, der dem um einen Sicherheitsabstand vergrößerten inneren Radius der vo den Schneiden überstrichenen Kreisringfläche entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerk zeug in Schnittrichtung der Schneiden entlang des Bearbeitungsstreifens geführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß di Umlaufgeschwindigkeit und Anzahl der Schneiden sowie die Vorschubgeschwindigkei des Fräswerkzeuges so aufeinander abgestimmt werden, daß der Bearbeitungsstreife je Längeneinheit zumindest fünf Mal, vorzugsweise zumindest zehn Mal, durch aufein anderfolgende Schneiden bearbeitet wird.