DE10393238T5

DE10393238T5 - Schneidwerkzeug für das Grob- und Feinfräsen

Info

Publication number: DE10393238T5
Application number: DE10393238T
Authority: DE
Inventors: Glenn W. Sheffler
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-09-01
Also published as: AU2003262987A1; US20040042858A1; WO2004022280A1; US7125205B2; US20040218987A1

Abstract

Fräser, umfassend:
einen Fräserkörper mit einem Umfang und wenigstens einer Einsatztasche am Umfang;
einen in der Einsatztasche befestigten Schneideinsatz; und
einen Feinbearbeitungsring mit einer darauf befindlichen Abrasivfläche, der abnehmbar am Fräserkörper befestigt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Schneidwerkzeug und im besonderen auf einen Fräser zum Grob- und Feinfräsen in einem Durchlauf.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fräser für Grobbearbeitungsvorgänge sind hinlänglich bekannt. Derartige Fräser umfassen typischerweise einen Fräserkörper, der ein allgemein kreisförmig gestalteter Ring ist, der an seinem Außenumfang mehrere Taschen hat. In jeder Tasche ist ein Schneideinsatz befestigt. Jeder Schneideinsatz umfaßt einen Körper und mindestens eine Schneidkante. Der Körper ist direkt in der Tasche befestigt, oder an einem Halter, der in der Tasche befestigt ist. Ähnliche Fräser sind für Feinfräsvorgänge bekannt. Anstatt daß an ihnen Schneideinsätze befestigt sind, sind solche Fräser mit einem Abrasivstoff belegt. Zum Fräsen eines Werkstücks werden beide Fräser nacheinander verwendet. Nach dem Fräsen des Werkstücks mit dem Grobfräser wird dieser durch den Feinfräser ersetzt. Das Ersetzen des Grobfräsers durch den Feinfräser ist eine beschwerliche, zeitaufwendige Aufgabe.
Es besteht Bedarf an einem einzigen Fräswerkzeug, das in der Lage ist, ein Grob- und Feinfräsen in einem einzigen Arbeitsvorgang auszuführen. Idealerweise umfaßt ein derartiges Werkzeug einen Fräserkörper mit mehreren Schneideinsätzen für das Grobfräsen, die an dessen Außenumfang lösbar befestigt sind, sowie einen Abrasivstoff wie Diamant oder kubisches Bornitrid (CBN) für das Feinfräsen, der an einer Fläche davon befestigt ist. Indem man den Abrasivstoff weiter vom Fräserkörper weg anordnet als die Schneideinsätze, lassen sich Grob- und Feinfräsvorgänge in einem einzigen Fräsvorgang bewerkstelligen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Allgemein ausgedrückt richtet sich die Erfindung auf ein Schneidwerkzeug, das einen oder mehrere, dem Stand der Technik zugeordnete Nachteile überwindet. Dazu liegt das Schneidwerkzeug in Form eines Fräsers mit zwei konzentrischen kreisförmigen Ringen vor. Für das Grobfräsen ist ein Außenring vorgesehen, der mehrere Schneideinsätze umfaßt, die um den Umfang eines Fräserkörpers beabstandet sind. Ein innerer Feinbearbeitungsring weist ein Ringelement mit einer Abrasivfläche auf. Im Ergebnis kann ein Werkstück von einem einzelnen Fräser in einem einzigen Durchlauf grob- und feingefräst werden.
Der innere Feinbearbeitungsring ist nur für Abrasivstoff ausgelegt. Dieser könnte Diamant, kubisches Bornitrid (CBN) oder irgendeine andere Art von Abrasivstoff sein. Der innere Feinbearbeitungsring enthält selbst keine auswechselbaren Einsätze. Der innere Feinbearbeitungsring kann jedoch vom Fräserkörper abgenommen werden und ist auswechselbar, wodurch sich die Flexibilität des Fräsers erhöht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs der Erfindung, das einen Fräserkörper mit einstellbaren Einsatzhaltern und einem abnehmbaren Feinbearbeitungsring umfaßt;
2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Fräserkörpers;
3 ist eine vergrößerte, abgebrochene und perspektivische Teilansicht des in den 1 und 2 dargestellten Fräserkörpers, die ein am Umfang des Fräserkörpers befestigtes Einstellelement im Einzelnen zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Feinbearbeitungsrings;
5 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht des Fräserkörpers und des Feinbearbeitungsrings, die Paßflächen zwischen diesen im Detail zeigt;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Sprühkappe, die in 1 dargestellt ist; und
7 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht des Feinbearbeitungsrings und der Sprühkappe, die Paßflächen zwischen diesen im Detail zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit nunmehrigem Bezug auf 1 ist, wobei in den mehreren Zeichnungen gleiche Komponenten durchgehend mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind, ein Schneidwerkzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das dargestellte Schneidwerkzeug liegt in Form eines Fräsers 10 vor, der die Funktion hat, in einem einzigen Arbeitsgang oder Durchlauf einen Grobfräs- sowie einen Feinfräsvorgang auszuführen. Der Fräser 10 besteht grundsätzlich aus zwei konzentrischen, kreisförmigen Ringen 12, 14. Ein erster oder äußerer Ring, der von einem Fräserkörper 12 gebildet wird, ist für die Grobfräsvorgänge vorgesehen. Ein zweiter oder innerer Ring, der als Feinbearbeitungsring 14 definiert wird, ist für die Feinfräsvorgänge vorgesehen. In der Mitte des Feinbearbeitungsrings 14 ist eine Sprühkappe 16 vorgesehen, um Kühlmittel von einer Spindel (nicht gezeigt) über den Feinbearbeitungsring 14 zu leiten, um diesen zu reinigen und Späne, die beim Fräsen eines Werkstücks entstehen, von der Mitte des Fräsers 10 wegzuspülen.
Wie in 2 dargestellt ist, hat der Fräserkörper 12 eine mittige Zapfenbohrung 12a großen Durchmessers, in die das Ende der drehbaren Welle, des Wellenadapters oder der Spindel einer Fräsmaschine (nicht gezeigt) eingesetzt werden kann. Die Zapfenbohrung 12a ist um eine Drehachse A1 des Fräsers 10 angeordnet, die mit der Drehachse der Fräsmaschine zusammenfällt, an der der Fräser 10 montiert ist. Der Fräserkörper 12 kann auch eine oder mehrere sich verjüngende Schraubenbohrungen 12b aufweisen (vier in der dargestellten Ausführungsform), die zur Achse A1 konzentrisch sind und unter winkelmäßigen Abständen um die mittige Zapfenbohrung 12a beabstandet sind. Der Fräserkörper 12 kann darüber hinaus mit einem Keil oder einer Keilnut (nicht gezeigt) versehen sein, der bzw. die mit der Spindel zusammenpaßt, um beim Übertragen eines Drehmoments von der Fräsmaschine auf den Fräser 10 unterstützend zu wirken.
Der Fräserkörper 12 hat auch mehrere Taschen 12c, die nacheinander an der Außenumfangsfläche des Fräserkörpers 12 ausgebildet sind. Jede der Taschen 12c ist von vorgeschriebener Größenabmessung.
In den Taschen 12c ist jeweils ein Schneideinsatz 18 gehaltert, der beispielsweise aus Schnellarbeitsstahl, Sintermetall, Karbiden oder Keramik besteht, wobei sich keine Unterbrechungen oder Spalte zwischen diesen befinden. Jeder Schneideinsatz 18 besteht aus einem Körper 18a und einer oder mehreren Schneidkanten 18b. Die Schneidkanten können zum Beispiel mit polykristallinem Diamant (PCD), kubischem Bornitrid (CBN) oder irgendeinem anderen Werkstoff belegt sein, der sich dazu eignet, Material von einem Werkstück zu entfernen. Der Schneideinsatzkörper 12a hat auch eine Bohrung 18c in Radialrichtung des Fräserkörpers 12.
Die Schneideinsätze 18 sind gegenüber den Taschen 12c feststehend gehaltert. Dies läßt sich in jeder geeigneten Art und Weise erzielen. Beispielsweise erstreckt sich ein Spannbolzen 20 durch die Bohrung 18c im Schneideinsatzkörper 18a und weiter in eine Bohrung (nicht gezeigt) im Fräserkörper 12. Schrägverlaufend zum Spannbolzen 20 und an diesem angreifend ist eine Spannbolzenschraube 22 in eine Gewindebohrung 12d im Fräserkörper 12 eingeschraubt, um den Spannbolzen 20 und den Schneideinsatz 18 in der Tasche 12c zu haltern.
Die Schneideinsätze 18 sind vorzugsweise relativ zum Fräserkörper 12 einstellbar. Dies läßt sich in jeder geeigneten Art und Weise erzielen. Beispielsweise können Einstellelemente 24 um den Umfang des Fräserkörpers 22 herum gehaltert sein, wie in 3 gezeigt ist. Jedes Einstellelement 24 kann bezogen auf den Fräserkörper 12 von einem Halteelement 26 (in 2 dargestellt) gehaltert sein, das in Axialrichtung relativ zum Fräserkörper 12 in eine Halteelementbohrung 12e im Fräserkörper 12 und weiter in eine Halteelementbohrung (nicht gezeigt) im Einstellelement 24 eingeführt wird. Das Halteelement 26 hat die Funktion, das Einstellelement 24 gegen die Zentrifugalkräfte des Fräsers 10 beim Ausführen eines Fräsvorgangs an Ort und Stelle zu halten.
Das Einstellelement 24 hat eine Senkbohrung 24a und einen Schlitz 24b, der sich von der Senkbohrung 24a zu einem Rand 24c des Einstellelements 24 erstreckt. Eine Senkschraube 28 wird in einen Abschnitt (nicht gezeigt) des Einstellelements 24 eingeschraubt. Beim Festziehen der Senkschraube 28 in der Senkbohrung 24a weitet sich der Schlitz 24b im Einstellelement 24 auf, was den Schneideinsatz 18 in einer axialen Richtung verschiebt (nach oben mit Blick auf 3).
Wie in 4 dargestellt ist, ist der Feinbearbeitungsring 14 an einer ersten Seite oder Fläche 12f des Fräserkörpers 12 befestigt und zentriert. Der Feinbearbeitungsring 14 umfaßt wenigstens eine Abrasivfläche 14a wie z.B. eine, die beispielsweise aus Aluminiumoxid, polykristallinem Diamant (PCD), kubischem Bornitrid (CBN) oder einem anderen geeigneten Abrasivstoff besteht. Die Unterlage der Abrasivfläche 14a bildet ein kreisförmiger Basisabschnitt 14b, der beispielsweise aus Schnellarbeitsstahl besteht. Die Abrasivfläche 14a und der kreisförmige Basisabschnitt 14b sind vorzugsweise als einzelne Einheit gebildet, wie z.B. durch Herausfräsen des Basisabschnitts 14b aus einem massiven Metallstück, oder durch Gießen des Basisabschnitts 14b und Aufbringen der Abrasivfläche 14a auf ihn.
Der Basisabschnitt 14b umfaßt eine Basisfläche 14c, eine äußere Ringfläche 14d und eine kegelige, innere Ringfläche 14e. Die Basisfläche 14c ist so ausgelegt, daß sie angrenzend an einer abgesetzten Fläche 12g in der Fläche 12f des Fräserkörpers 12 liegt und zu dieser komplementär ist. Die äußere Ringfläche 14d umfaßt eine Freifläche 14f und eine Führungsfläche 14g. Die Freifläche 14f ist vorzugsweise kegelig ausgebildet und so dimensioniert, daß sie von einer Kegelfläche 12h an der Fläche 12f des Fräserkörpers 12 beabstandet ist, wie in
5 gezeigt ist. Die Führungsfläche 14g bildet einen Gleitsitz mit einer Führungsfläche 12i, die zum Teil die abgesetzte Fläche 12f im Fräserkörper 12 bildet. Die Basisfläche 14c des Feinbearbeitungsrings 14 ist fest gegen eine Basisfläche 12j angezogen, die einen anderen Teil der abgesetzten Fläche 12f im Fräserkörper 12 bildet.
Wie in den 6 und 7 dargestellt ist, ist die Sprühkappe 16 allgemein kreisförmig und vorzugsweise nicht aus Werkzeugstahl gefertigt; sie ist z.B. aus Aluminium, um sie leicht zu machen. Die Sprühkappe 16 hat eine Außenrandfläche 16a, die durch einen Abschnitt mit Kegelfläche 16b gebildet ist, und einen allgemein zylindrischen Flächenabschnitt 16c. Der Kegelflächenabschnitt 16b ist so ausgelegt, daß er sich zur kegeligen inneren Ringfläche 14e des Feinbearbeitungsrings 14 (in 7 dargestellt) beabstandet befindet. In entsprechender Weise ist der allgemein zylindrische Flächenabschnitt 16c so ausgelegt, daß er sich in beabstandetem Verhältnis zu einer allgemein zylindrischen Innenfläche 14h des Feinbearbeitungsrings 14 (in 7 dargestellt) befindet. Diese beabstandete Beziehung bildet einen Kanal 28, durch den Flüssigkeit von der Spindel einer Fräsmaschine (nicht gezeigt) zu der Abrasivfläche 14a und den Schneideinsätzen 18 geleitet wird. Wie deutlich dargestellt ist, verjüngt sich der Kanal 28 so, daß eine Venturi-Zone mit einem Hochdruckbereich an der Fläche 16d der Sprühkappe 16 angrenzend an die Abrasivfläche 14 gebildet ist.
Die Sprühkappe 16 hat vorzugsweise eine oder mehrere mit Senkung versehene Schraubenbohrungen 16e. Die Schraubenbohrungen 16e sind konzentrisch zur Drehachse A1 des Fräsers 10 unter winkelmäßigen Abständen angeordnet. Die Sprühkappe 16 ist am Fräserkörper 12 durch Schrauben 30 (in 7 dargestellt) befestigt, die durch Schraubenbohrungen 16e in der Sprühkappe 16 hindurchgehen und in Gewindebohrungen 12k im Fräserkörper 12 eingeschraubt sind.
Die Sprühkappe 16 hat darüber hinaus eine kreisförmige, innere Wandfläche 16f, die sich über die Basisfläche 14c des Feinbearbeitungsrings 14 hinaus in die Zapfenbohrung 12a des Fräserkörpers 12 erstreckt, um die Sprühkappe 16 relativ zur Spindel der Fräsmaschine (nicht gezeigt) festzusetzen.
Im Betrieb kann der Fräserkörper 12 an der Spindel der Fräsmaschine (nicht gezeigt) angebracht werden. Dies läßt sich bewerkstelligen, indem Schrauben (nicht gezeigt) durch jeweilige Bohrungen 12b im Fräserkörper 12 gesteckt werden und man diese in Schraubenbohrungen einschraubt, die in einem mit der Spindel einstückigen Flansch (nicht gezeigt) gebildet sind. Im Ergebnis sind der Fräserkörper 12 und die Spindel fest miteinander verspannt.
Wenn die Spindel von einer Drehantriebsquelle (nicht gezeigt) mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt wird, dreht sich der Fräserkörper 12. Wenn der Fräser 10 ein Werkstück (nicht gezeigt) überquert, schneiden die Schneidkanten 18b der am Fräserkörper 12 montierten Einsätze 18 in das Werkstück ein, während die Abrasivfläche 14a des Feinbearbeitungsrings 14 am Werkstück die Endbearbeitung vornimmt.
Die Schneidkanten 18b der Schneideinsätze 18 können verschleißen oder beschädigt werden, oder müssen eventuell ersetzt werden, um einem bestimmten Bedarf entgegenzukommen. Die Schneidkanten 18b können leicht gewechselt werden, indem man einfach den Schneideinsatz zu einer anderen Schneidkante weiterdreht oder die Einsätze 18 ganz ersetzt.
Die Schneideinsätze 18 lassen sich leicht bewegen, und die Position der Schneidkanten 18b relativ zum Fräserkörper 12 kann leicht eingestellt werden, indem man einfach die Position des Einstellelements 24 verstellt.
Der Feinbearbeitungsring 14 hat nur die Funktion, das Werkstück schleifend zu bearbeiten. Wie oben bereits angemerkt, kann die Abrasivfläche 14a aus polykristallinem Diamant (PCB), kubischem Bornitrid (CBN) oder irgendeiner anderen Art von Feinbearbeitungsmedium bestehen. Der bevorzugte Feinbearbeitungsring 14 enthält keinerlei auswechselbare Einsätze. Statt dessen ist der gesamte Feinbearbeitungsring 14 selbst so ausgelegt, daß er leicht vom Fräserkörper 12 abgenommen werden kann; somit ist er also leicht auswechselbar.
Dies erhöht die Flexibilität des Fräsers 10, weil dieser ohne den Feinbearbeitungsring 14 und ohne die Sprühkappe 16 verwendet werden kann, um nur Grobfräsvorgänge auszuführen. Dies ist ein Riesenvorteil gegenüber dem Stand der Technik. Wenn ein Bediener den Fräser 10 nur zum Schruppen verwenden möchte, ist dies auch möglich, indem er nur den Feinbearbeitungsring 14 und die Sprühkappe 16 entfernt.
Bei Verwendung des Feinbearbeitungsrings 14 steht dieser axial vom Fräserkörper 12 etwas weiter vor als die Schneideinsätze 18. Der Fräser 10 führt Grob- und auch Feinfräsvorgänge in einem einzigen Arbeitsvorgang aus. Durch Verstellen der Position der Schneideinsätze 18 in Axialrichtung relativ zum Fräserkörper 12 wird der Betrag der vom Feinbearbeitungsring 14 geleisteten Bearbeitung eingestellt. In dem Maße wie der axiale Abstand zwischen den Schneidkanten 18b der Schneideinsätze 18 erhöht wird, nimmt auch die Materialmenge zu, die durch den Feinbearbeitungsring 14 vom Werkstück entfernt wird. Einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Erfindung sollte es völlig klar sein, daß der Feinbearbeitungsring dazu gedacht ist, eine minimale Menge zu entfernen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Fräser 10 zusammengesetzt, indem zuerst der Feinbearbeitungsring 14 am Fräserkörper 12 und dann die Sprühkappe 16 am Fräserkörper 12 befestigt wird. Um den Feinbearbeitungsring 14 vom Fräserkörper 12 zu entfernen, muß die Sprühkappe 16 vom Fräserkörper 12 abgenommen werden, um Zugang zu den Schrauben (nicht gezeigt) zu haben, mit denen der Feinbearbeitungsring 14 am Fräserkörper 12 befestigt ist. Somit bleiben die Schrauben vor Spänen geschützt, die bei einem Fräsvorgang vom Werkstück herrühren.
Während diese Erfindung mit Bezug auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden für Durchschnittsfachleute verschiedene Modifikationen und Zusätze offenkundig sein. Alle solchen Veränderungen und Modifikationen sollen vom Umfang dieses Patents umfaßt sein, das nur durch die hierzu beigefügten Ansprüche begrenzt ist.
Zusammenfassung
Ein Fräser (10) umfaßt einen Fräserkörper mit zwei konzentrischen umlaufenden Ringen (12, 14). Ein äußerer Ring (12) ist für das Grobfräsen vorgesehen und weist mehrere Schneideinsätze (18) auf, die gleichmäßig um den Umfang des Schneidkörpers verteilt sind. Ein innerer Feinbearbeitungsring (14) hat ein Ringteil mit einer Beschichtung aus abrasivem Material (14a). Das führt dazu, daß ein Werkstück durch einen einzigen, Grobbearbeitungseinsätze und ein abrasives Material aufweisenden Fräser bearbeitet werden kann.
1

Claims

Fräser, umfassend: einen Fräserkörper mit einem Umfang und wenigstens einer Einsatztasche am Umfang; einen in der Einsatztasche befestigten Schneideinsatz; und einen Feinbearbeitungsring mit einer darauf befindlichen Abrasivfläche, der abnehmbar am Fräserkörper befestigt ist.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem der Fräserkörper um den Umfang herum mehrere Einsatztaschen aufweist, einschließlich der zumindest einen Einsatztasche, und in jeder der Einsatztaschen ein Schneideinsatz befestigt ist.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem der Feinbearbeitungsring zum Umfang des Fräserkörpers konzentrisch ist.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem in einem einzigen Arbeitsgang der Schneideinsatz einen Grobfräsvorgang und der Abrasivstoff einen Feinfräsvorgang ausführen.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem die Schneidkante mit einem Werkstoff belegt ist, der dazu geeignet ist, Material von einem Werkstück zu entfernen.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem der Schneideinsatz relativ zum Fräserkörper einstellbar ist.
Fräser nach Anspruch 1, der darüber hinaus ein Einstellelement umfaßt, das relativ zum Fräserkörper gehaltert ist und bezogen auf den Fräserkörper in einer axialen Richtung einstellbar ist, um den Schneideinsatz bezogen auf den Fräserkörper in einer axialen Richtung zu verschieben.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem das Einstellelement eine Senkbohrung und einen Schlitz umfaßt, der sich von der Senkbohrung zu einem Rand des Einstellelements erstreckt, wobei die Senkschraube dazu ausgelegt ist, zum Aufweiten des Schlitzes in die Senkbohrung eingeschraubt zu werden, und das Einstellelement dazu ausgelegt ist, den Schneideinsatz in einer axialen Richtung zu verschieben.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem die Abrasivfläche eine Fläche aus Aluminiumoxid ist.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem die Abrasivfläche eine Fläche aus polykristallinem Diamant ist.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem die Abrasivfläche eine Fläche aus kubischem Bornitrid ist.
Fräser nach Anspruch 1, der darüber hinaus eine an den Feinbearbeitungsring angrenzende Sprühkappe umfaßt, um eine Flüssigkeit über den Feinbearbeitungsring zu leiten.
Fräser nach Anspruch 12, bei dem die Sprühkappe nicht aus Werkzeugstahl besteht.
Fräser nach Anspruch 12, bei dem die Sprühkappe aus Aluminium besteht.
Fräser nach Anspruch 12, bei dem die Sprühkappe eine Kegelfläche hat, die so ausgelegt ist, daß sie sich in beabstandetem Verhältnis zu einer kegeligen, inneren Ringfläche des Feinbearbeitungsrings befindet, um dazwischen einen Kanal zu bilden, durch den eine Flüssigkeit auf die Abrasivfläche geleitet werden kann.
Fräser nach Anspruch 15, bei dem sich der Kanal so verjüngt, daß sich eine Venturi-Zone mit einem Hochdruckbereich an einer an die Abrasivfläche angrenzenden Fläche der Sprühkappe gebildet ist.
Fräser nach Anspruch 12, bei dem die Sprühkappe eine kreisförmige, innere Wandfläche aufweist, die sich über eine Basisfläche des Feinbearbeitungsrings hinausgehend in eine Zapfenbohrung des Fräserkörpers erstreckt, um die Sprühkappe festzusetzen.