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Die
Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug
mit einem eine Mehrzahl nach radial außen offene Aufnahmen aufweisenden
Tragkörper,
wobei in jeder Aufnahme ein mit seiner Schneide über den Tragkörper hervorstehendes
Messer festspannbar ist, in dem das Messer gegen eine in der Aufnahme
ausgebildete Anschlagfläche
gepresst wird.
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Ein
solches Fräswerkzeug
ist beispielsweise aus der
WO
96/36452 A1 bekannt. Bei diesem Fräswerkzeug handelt es sich um
einen Profilmesserkopf, bei dem jedes Messer mit einem Messerträger verbunden
ist, der mittels Schrauben gegen eine Anschlagfläche der ihn aufnehmenden Aufnahme
des Tragkörpers
gespannt wird. Der Messerträger
weist einen im Querschnitt T-förmigen
Fuß auf,
der in eine korrespondierende, über
die Axiallänge
des Tragkörpers
ausgebildete T-förmige
Nut eingesetzt ist. Wird das Messer nachgeschliffen, wird dessen
Dicke reduziert. Die Ausbildung der T-Nut und des Messerträgers gestattet
es, dass der Flugkreisdurchmesser der Messerschneide auch nach dem
Nachschleifen unverändert
eingehalten wird, da der Messerhalter parallel zur Freifläche des
Mes serproflls so lange verschiebbar ist, bis die Brustfläche des
Messers wieder an der Anschlagfläche
im Tragkörper
anliegt.
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Aufgrund
fertigungsbedingter Toleranzen weisen mehrschneidige Fräswerkzeuge
einen Rund- oder Planlauffehler an den Schneiden auf, der je nach
Werkzeugsystem im Bereich von 0,02 bis 0,07 mm liegt. Werkzeuge,
bei denen die Schneiden im eingebauten Zustand im Werkzeug geschliffen
werden, erreichen einen Wert im unteren Bereich. Bei Werkzeugen
mit auswechselbaren Schneiden liegt der Wert im oberen Bereich.
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Bedingt
durch diesen Fehler erzeugen die Schneiden eines Werkzeuges eine
unterschiedliche Spandicke bzw. einen unterschiedlichen Werkstoffabtrag.
Im Extremfall sind einzelne Schneiden gar nicht am Zerspanungsprozeß beteiligt.
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Bei
der Bearbeitung von Holz und Holzwerkstoffen ergeben sich dadurch
folgende zerspanungstechnische Nachteile:
- a.
Die Spanbildung an jeder Schneide ist unterschiedlich. Während dünnere Späne biegsam sind
und sich eher wie ein Fließspan
verhalten, sind dickere Späne
biegesteifer und neigen zur Vorspaltung in Faserrichtung, was zur
Verschlechterung der bearbeiteten Oberfläche in Form von Ausrissen und
Absplitterungen führt. Der
dickste Span bestimmt die Vorschubgeschwindigkeit. Deshalb muss
ein Werkzeug mit Rundlauffehler (radialwirkende Schneiden) oder Planlauffehler
(axialwirkende Schneiden) bei kleineren Vorschubgeschwindigkeiten
betrieben werden, als dasselbe Werkzeug, bei dem alle Schneiden
gleichmäßig am Zerspanungsprozeß ohne Rundlauf-
oder Planlauffehler – beteiligt
sind. Bei gegebener Vorschubgeschwindigkeit ließen sich also mit einem idealen
Werkzeug ohne Rundlauf- oder Planlauffehler die Schneidenanzahl
und damit insbesondere die laufenden Kosten für Nachschärfen und Ersatzschneiden verringern.
- b. Neben dem Einfluss auf den Spanbildungsprozeß wirkt
sich der Rundlauf- oder Planlauffehler eines Werkzeuges auch auf
die sogenannte kinematische Rauheit der bearbeiteten Oberfläche aus.
Unter kinematischer Rauheit wird die Abbildung der Bearbeitungsspuren
der einzelnen Schneideneingriffe auf der Oberfläche verstanden, die durch die
Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück entstehen. Nur bei einem
idealen Werkzeug ohne Rundlauf- oder Planlauffehler bilden sich
alle Schneideneingriffe gleichmäßig auf
der Oberfläche
ab. Je größer der Rundlauf-
oder Planlauffehler wird, desto weniger Schneideneingriffe sind
auf der Oberfläche
sichtbar.
In der Regel ist nur eine einzige Schneide, nämlich die
mit dem größten Wirkdurchmesser
oberflächenbestimmend.
Wenn es auf ein gleichmäßiges Bild
der sichtbaren Schneideneingriffe auf der Oberfläche, die sogenannten Messerschläge, als Qualitätskriterium
ankommt, kann ein mehrschneidiges Werkzeug nur mit der Vorschubgeschwindigkeit
eines einschneidigen Werkzeuges betrieben werden. Bei einer Drehzahl
von 6000 min liegt die Grenze für
die Vorschubgeschwindigkeit eines konventionellen Werkzeuges etwa
bei 20 m/min. Bei sehr hohen Ansprüchen an die Oberflächengüte liegt
die Grenze für
die Vorschubgeschwindigkeit etwa bei 10 m/mm.
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Die
US 2,652,749 offenbart ein
Fräswerkzeug,
bei dem die Messer hydraulisch eingespannt werden. Hierzu wirkt
der hydraulische Druck auf einen elastischen Schlauch, der mit einem
auf den Messerrücken
wirkenden Druckstück
und einem keilförmigen,
in der Ausnehmung angeordneten Spannbacken zusammen wirkt. Das Hydraulikmedium
wird durch eine zentrale, im Tragkörper angeordnete axiale Bohrung
und über
von dieser radial zu den elastischen Schläuchen führende Druckleitungen zum Spannen
der Spannbacken geführt.
In jeder radialen Leitung ist ein Ventil eingesetzt, über das
die Spannsysteme voneinander abgekoppelt werden können. So
kann der Druck für
jeweils ein Spannsystem erhöht
oder reduziert werden. Der Flugkreisdurchmesser der Schneiden kann
einzeln eingestellt werden, indem der jeweilige Druck reduziert
wird und der Messerkopf an einem Einrichtwerkzeug vorbeigeführt wird.
Das Messer wird beim Passieren des Einrichtwerkzeuges radial in
die Ausnehmung hereingeschoben. Sodann wird der Druck auf den Spannbacken
wieder erhöht
und das Messer fest eingespannt. Auf diese Art und Weise wird jedes
einzelne Messer auf den Flugkreis eingestellt.
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Da
der Rundlauf- oder Planlauffehler eines Werkzeuges bei Betriebsdrehzahl
nicht nur von der im statischen Zustand erzeugten Genauigkeit abhängt, sondern
durch Wuchtgüte
und Schwingungen beeinträchtigt
wird, stellt ein hochgenau gefertigtes, hydrogespanntes Werkzeug,
dessen Schneiden auf der Bearbeitungsmaschine bei Betriebsdrehzahl
abgerichtet werden (Jointen) nach heutigem Stand der Technik den
Idealzustand bezüglich
der Gleichmäßigkeit
der Schneideneingriffe auf der bearbeiteten Oberfläche und
damit auch der erreichbaren Vorschubgeschwindigkeiten dar. Diese
Technik ist aber einerseits sehr aufwendig, insbesondere, wenn Profilwerkzeuge
abgerichtet werden müssen,
weil hierzu spezielle maschinentechnische Voraussetzungen notwendig
sind und andererseits wird durch das Abrichten der Freiwinkel unmittelbar
an der Schneide in einem Bereich weniger Zehntelmillimeter zu 0°, wodurch
die Reibung erhöht
wird.
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Die
DE 36 07 528 C1 offenbart
einen Fräser zur
spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken, bei dem die Messer über eine
Justierschraube in axialer Richtung fein eingestellt werden können. Dabei wird
ein imaginärer
Drehpunkt geschaffen, der durch eine sich elastisch verformende
Zone gebildet wird, die durch einen Einschnitt in einer Kassette
erzeugt wird, die in den Messerkopf eingesetzt werden kann.
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Von
der erläuterten
Problemstellung ausgehend, soll das eingangs beschriebene Werkzeug
dahingehend verbessert werden, dass seine Rundlauf- oder Planlaufeigenschaften
mit denen bei Betriebsdrehzahl abgerichteter (gejointeter) Werkzeuge
vergleichbar ist.
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Zur
Problemlösung
zeichnet sich ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug
dadurch aus, dass nach dem Festspannen des Messers in der Aufnahme
die radiale Position der Schneide jedes einzelnen, fest gespannten
Messers durch elastische Deformation des Tragkörpers fein einstellbar ist.
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Durch
die Feineinstellung lässt
sich der Flugkreisdurchmesser jeder Schneide individuell einstellen,
so dass nach dem Festspannen der Messer die fertigungsbedingten
Rundlaufungenauigkeiten eliminiert werden können. Die Feineinstellung wird
von der Festspannung der Messer unabhängig ausgeführt.
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Hierzu
ist die Feineinstellung vorzugsweise nur im Mikrometerbereich möglich. Auf
jeden Fall liegt aber die Genauigkeit der Feineinstellung im Mikrometerbereich.
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Die
Feineinstellung kann mechanisch mittels mindestens einer jedem Messer
zugeordneten Schraube oder mittels eines Exzenters oder eines Keils
erfolgen.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn die Feineinstellung hydraulisch erfolgt,
da hier gute Kraftverstärkungen
möglich
sind. Durch die Hydraulik ist außerdem eine feinfühlige, reibungsarme
Einstellung ohne Stick-Slip-Effekt möglich.
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Vorzugsweise
ist jedes Messer an einem Messerträger festgelegt, der in der
Aufnahme mittels wenigstens einer Spannschraube festspannbar ist und
einen im Querschnitt T-förmigen
Fuß aufweist, dessen
in tangentiale Richtung weisender Querteil mit beiden Armen in gegenüberliegende,
in der Aufnahme vorgesehene Axialnuten eingreift. Eine solche Ausbildung
ist von dem gattungsgemäßen Fräswerkzeug
bekannt.
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Für die hydraulische
Verstellung ist vorzugsweise mindestens eine in den Grund der Aufnahme mündende Bohrung
vorgesehen, in der ein mittels des Hydraulikmediums verschiebbarer
Kolben angeordnet ist.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn die mechanischen Kräfte zur Feineinstellung, also
der Keil, der Exzenter oder die mindestens eine Schraube bzw. der
Hydraulikkolben an der nach radial innen gerichteten Fläche des
Fußes
angreifen.
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Wenn
die Feineinstellung mittels Schraubenkraft bzw. Hydraulik (offenes
System mit Fettpresse oder geschlossenes System mit Schraube und
Kolben) erfolgt, sind insbesondere vorzugsweise eine Mehrzahl in
axialer Richtung zueinander beabstandeter Schrauben bzw. Hydraulikkolben
vorgesehen. Dadurch ist über
die axiale Länge
eine gleichmäßige, im
Mikrometerbereich liegende Verlagerung des Messers, und somit eine
im Mikrometerbereich liegende Einstellgenauigkeit möglich. Um
fertigungsbedingte Toleranzen ausgleichen zu können, liegt der Einstellbereich
vorzugsweise bei einigen Hundertstelmillimetern.
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Mit
Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung
nachfolgend näher
erläutert
werden. Es zeigt:
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1 – eine Prinzipdarstellung
der Feineinstellung,
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2 – eine weitere
Prinzipdarstellung der Feineinstellung,
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3 – die axiale
Ansicht eines nicht erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeuges,
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4 – der Schnitt
entlang der Linie IV-IV nach 3,
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5 – die axiale
Ansicht eines Werkzeugs gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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6 – die axiale
Ansicht eines Werkzeugs gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 – der Schnitt
entlang der Linie VII-VII nach 6,
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8 – die axiale
Ansicht eines Werkzeugs gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
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9 – die axiale
Ansicht eines Werkzeugs gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel,
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10 – die axiale
Ansicht eines Werkzeugs gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel,
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11 – der Schnitt
entlang der Linie XI-XI nach 9,
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12 – der Schnitt
entlang der Linie XII-XII nach 10.
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1 und 2 zeigen
die prinzipielle Möglichkeit,
den Flugkreisdurchmesser der Schneide 4 des Messers 2 einzustellen,
indem das Messer gemäß dem Pfeil
P1 in radialer Richtung oder gemäß dem Pfeil
P2 in tangentialer Richtung in der Aufnahme 3 verschoben
wird. Die gestrichelten Linien der Anordnung (auf der Zeichnung
oben) zeigen den kleinsten einstellbaren Flugkreisdurchmesser Fmin, die durchgezogenen Linien den maximalen
Flugkreisdurchmesser Fmax an. Wie aus einem
Vergleich der 1 und 2 ersichtlich
ist, hat die tangentiale Verstellung den Vorteil, dass sich die
Verstellbewegung in viel geringerem Umfang auf die Durchmesseränderung
auswirkt. Nachteilig ist dabei jedoch, dass die Teilung der Schneiden
zueinander sowie Span- und Freiwinkel der Schneiden verändert werden,
was bei Profilschneiden eine Profilverzerrung bedeutet. Diesen Nachteil
weist die radiale Verstellung nicht auf. Dafür muss sie sehr feinfühlig erfolgen,
da eine Stellbewegung nicht untersetzt wird, sondern sich direkt
in einer Durchmesseränderung äußert.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Messer 2 über einen
in der Aufnahme 3 angeordneten Keil 5 mittels
Fliehkraft gespannt, indem der auf den Messerrücken einwirkende Keil 5 durch
die Rotationsbewegung des Werkzeugs nach radial außen verschoben
wird, wodurch das Messer 2 mit seiner Brustfläche 2' gegen die in
der Aufnahme 3 ausgebildete Anschlagfläche 3 gepreßt wird.
Unterhalb des Keiles 5 liegt radial weiter innen eine Axialbohrung 6,
von der parallel beabstandete Radialbohrungen 7 in den
Grund 8 der Aufnahme 3 führen. In die Radialbohrungen 7 sind
auf die Unterseite des Keils 5 wirkende Kolben 9 eingesetzt.
Wird über
den die Axialbohrung 6 verschließenden Nippel 10 ein Medium,
beispielsweise Fett gepreßt,
werden die Kolben 9 nach radial außen gedrückt und wirken auf die Unterseite
des Keils 5 ein, wodurch dieser weiter nach radial außen gedrückt wird,
so dass sich die Aufnahme 3 aufweitet und das Messer 2 eine
im Mikrometerbereich liegende Schwenkbewegung in Richtung des Pfeiles
P3 vollführt,
wodurch sich der Flugkreisdurchmesser ändert.
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Die
Einstellung der Schneide 4 des Messers 2 erfolgt,
indem stationär
eine Messeinrichtung (beispielsweise ein Messtaster oder eine Messoptik)
installiert wird, gegen die jedes Messer 2 mit der Schneide 4 angelegt
und der Durchmesser gemessen bzw. dann fein eingestellt wird.
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Bei
der besonders bevorzugten Ausführungsform
nach 5 ist ein hydrostatisches System vorgesehen. Das
Messer 2 ist mit einem Messerträger 11 stoffschlüssig verbunden,
beispielsweise aufgelötet.
Der Messerträger 11 weist
einen im Querschnitt T-förmigen
Fuß 12 auf,
dessen beide Arme 12', 12'' in gegenüberliegenden Axialnuten 13 im Tragkörper 1 geführt sind.
Das Messer 2 wird über den
Messerträger 11 in
der Aufnahme 3 verspannt, indem die Schraube 18 eingedreht
wird, die über
einen Keil 19 auf den Rücken
des Messerträgers 11 wirkt,
der dadurch in tangentialer Richtung P5 verschoben
wird. Unterhalb des Fußes 12 ist
mindestens ein oder mehrere axialbeabstandete Kolben 14 (vergleiche 4)
angeordnet, die von radial innen nach radial außen auf das Messer 2 wirken.
Hierzu sind nicht bezeichnete radiale Bohrungen vorgesehen, in denen
die Kolben 14 eingesetzt sind. Umfangseitig in den Tragkörper 1 eingebrachte
Bohrungen 15 schneiden die in den Grund 8 der
Aufnahmen 3 reichende Bohrungen 26. Die Bohrungen 15, 26 sind
mit einem Hydraulikmedium, vorzugsweise Fett, befüllt. Durch
Verdrehen der Schrauben 16 wird der Druck in den Bohrungen 15 erhöht, wodurch
die Kolben 14 auf die Unterseite des Fußes 12 des Messerträgers 11 einwirken,
so dass dieser geringfügig
in Richtung des Pfeiles P4 verschwenkt.
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Bei
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt auf die
Unterseite des Fußes 12 des Messerträgers 11 ein
Keil 20 (vergleiche 7). Der Keil 20 kann über die
Schraube 21 in axialer Richtung verschoben werden, so dass
der Messerträger 11 eine
entsprechende im Mikrometerbereich liegende Schwenkbewegung vollzieht.
Die selbe Schwenkbewegung des Messerträgers 11 kann durch
den in 8 gezeigten Exzenter 22 eingeleitet werden.
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Bei
dem in den 9 und 11 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die hydrostatischen Systeme für die einzelnen Schneidmesser 2 über einen ringförmig angeordneten
Verbindungskanal 25 miteinander verbunden. Der Verbindungskanal 25 kann über Ventile 23 wahlweise
geöffnet
oder geschlossen werden. Im geöffneten
Zustand kann zum Vorspannen auf alle Kolben 14 derselbe
Druck aufgebracht werden. Wenn dann alle Ventile 23 geschlossen
sind, kann jedes Messer 2, bzw. jeder Messerträger 11, durch
individuellen Druck fein eingestellt werden.
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Bei
dem in den 10 und 12 dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird der Planlauffehler des Messers 2 durch eine im Tragkörper 1 in
axialer Richtung eingesetzte Schraube 24 eingestellt.
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Bei
den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
findet die Bewegung, die der Messerträger 11 und damit das
Messer 2 vollzieht, durch elastische Deformation von Messerfuß 12 und
Werkzeugtragkörper 1 statt.
Nach Druckentlastung ist die Deformation reversibel. Hierdurch läßt sich
der fertigungstoleranzbedingte Rundlauffehler eines Werkzeugs im Bereich
von 100stel Millimetern eliminieren bzw. auf einen Bereich von weniger
als 5 μm
reduzieren.
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Wenn
auf den Messerträger 11 bzw.
den Messerfuß 12 zwei
axial beabstandete und im äußeren Bereich
angreifende Kolben 14 wirken, ist es auch möglich, mit
einer im Mikrometerbereich liegenden Einstellgenauigkeit die Winkelstellung
des Messers 2 zu beeinflussen.
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- 1
- Tragkörper
- 2
- Messer
- 2'
- Brustfläche
- 3
- Aufnahme
- 3'
- Anschlagfläche
- 4
- Schneide
- 5
- Keil
- 6
- Axialbohrung
- 7
- Radialbohrung
- 8
- Grund
- 9
- Kolben
- 10
- Schmiernippel
- 11
- Messerträger
- 12
- Fuß
- 12'
- Arm
- 12''
- Arm
- 13
- Nuten
- 14
- Kolben
- 15
- Bohrung
- 16
- Schraube
- 17
- Kolben
- 18
- Schraube
- 19
- Keil
- 20
- Keil
- 21
- Schraube
- 22
- Exzenter
- 23
- Ventile
- 24
- Schraube
- 25
- Verbindungskanal
- 26
- Bohrung