DE20115961U1 - Schaftfräser mit auswechselbaren Schneidplatten - Google Patents

Description

Schaftfräser mit auswechselbaren Schneidplatten

Die Erfindung betrifft einen Schaftfräser mit auswechselbaren Schneidplatten für die Herstellung von hitzebeständigen Gießformen aus Formstoffen, insbesondere aus bindemittelhaltigem Formsand, oder die Herstellung von Modellen beziehungsweise Prototypen aus Kunststoff, Graphit, Holzwerkstoffen oder sonstigen fräsbaren Werkstoffen.

Schneidplatten bestehen üblicherweise aus Hartmetall, die nach der DE 199 28 840 Cl durch Hartlöten mit dem Werkzeugschaft eines Schaftfräsers fest verbunden sind. Keramische Schneidplatten zum Beispiel werden mit dem Werkzeugschaft mittels Klemmeinrichtungen verschraubt. Hierbei sind verschiedene Ausführungsformen bekannt, die in der Regel eine dreieckige, viereckige oder rhombische Ausgestaltung aufweisen. Diese Schneidplatten können entsprechend der Ausführungsform durch Drehen und Wenden mehrfach eingesetzt werden.

Insbesondere im Formenbau werden kreisförmige Schneidplatten als Kugelkopffräser oder als Toruswerkzeug mit mindestens zwei Schneidplatten eingesetzt. Die Freiformflächen der Form werden dreiachsig mit einem Kugelkopffräser oder fünfachsig mit einem Toruswerkzeug bearbeitet, bei dem die Achsrichtung ständig mit einem Anstellwinkel an die Flächenkrümmung angepaßt wird. Nachteilig dabei ist, daß die Oberfläche der Form mit einem Rillenprofil versehen wird. Die manuelle Nachbearbeitung ist aufwendig.

Da durch die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung beim Formenbau sehr hohe Oberflächenqualitäten erzeugt werden, können in vielen Fällen die nachfolgenden Feinbearbeitungsverfahren ganz oder teilweise entfallen. Hierbei lassen sich Oberflächen herstellen, die der geforderten Endformgenauigkeit in bezug auf Maß - und Formabweichung sowie Oberflächengüte entsprechen.

Andererseits liegen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die Schnittgeschwindigkeiten etwa um den Faktor 5-10 höher als im konventionellen Bereich, so daß sich daraus erhöhte Anforderungen an die verwendeten Fräswerkzeuge ergeben. Fräswerkzeuge für die

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung unterliegen hohen Fliehkraftbelastungen. Mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten muß auch die Werkzeugunwucht berücksichtigt werden, die bei der konventionellen Bearbeitung von eher untergeordneter Bedeutung ist. Bei hohen Drehzahlen werden durch Werkzeugunwuchten Kräfte erzeugt, die größer sind als die eigentlichen Zerspankräfte. Aus diesem Grunde ist durch die konstruktive Auslegung, insbesondere bei Werkzeugen, bei denen die Schneidplatten durch Schrauben und durch Klemmelemente befestigt sind, der Einsatz bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung begrenzt. Dies ist in erste Linie durch die bei hohen Drehfrequenzen auftretenden Belastungen der Werkzeuge durch die entstehenden Fliehkräfte bedingt. Während ausgewuchtete Vollmaterialwerkzeuge in der Regel unkritisches Verhalten zeigen, sind besonders Werkzeuge mit auswechselbaren Schneidplatten mit hohen Massen und großen Durchmessern in ihrer bisherigen Form den Anforderungen nicht gewachsen. Vor diesem Hintergrund sind für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung geeignete Werkzeuge mit auswechselbaren Schneidplatten erforderlich.

Die Erfindung bezweckt einen mit auswechselbaren Schneidplatten versehenen Schaftfräser, der eine geringe Unwucht aufweist und bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von hitzebeständigen Gießformen aus Formstoffen, insbesondere aus bindemittelhaltigem Formsand, der Herstellung von Modellen beziehungsweise Prototypen aus Kunststoff, Graphit, Holzwerkstoffen oder sonstigen fräsbaren Werkstoffen, bei einem großen Vorschub eine möglichst geringe Oberflächenrauheit erzeugt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Fräswerkzeug mit einem hülsenförmigen Hohlschaft und mindestens einer formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Hohlschaft verbundenen Schneidplatte gelöst, die eine hintere Seitenkante aufweist, die mit einem dem Innendurchmesser des Hohlschaftes entsprechenden Zentrieransatz versehen ist. Die vorgeschlagene Schneidplatte hat den Vorteil, daß sie vergleichsweise mit geringen Kosten hergestellt und auswechselbar in dem Hohlschaft befestigt und zentriert werden kann. Daraus ergeben sich hervorragende Rundlaufeigenschaften mit einer geringen Unwucht und schwachen Vibrationen, wodurch das Bearbeitungsergebnis positiv beeinflußt werden kann. Damit ergibt sich eine Verkürzung des Fertigungsprozesses und die Nacharbeit an der gefrästen Form kann auf ein Mindestmaß beschränkt werden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zum Fixieren der Schneidplatte in dem Hohlschaft des Fräswerkzeuges ein zylindrisches, durch Abkühlen oder einseitiges Erwärmen des Hohlschaftes einsetzbares beziehungsweise herausnehmbares Klemmstück mit seitlich am Zentrieransatz radial federnd anliegenden und einen Aufhahmeschlitz bildenden Klemmschenkeln vorgesehen, womit die Schneidplatte auswechselbar ist. Klemmbare Schneideinsätze sind an sich bekannt, jedoch werden diese bislang nach der DE 44 35 857 Al und der DE 199 14 170 Cl nicht beim HSC - Fräsen sondern beim Bohren eingesetzt. Hierbei sind die Schäfte der Bohrer mit einem möglichst steifen Grundmaterial aus Schwer - oder Hartmetall für den Werkzeugkörper versehen, damit sie im allgemeinen nicht auf Schwingungen reagieren. Die klemmbaren Schneideinsätzen in den genannte Fällen sind beim Bohren der Löcher ausschließlich auf Drehung belastet und besitzen eine sich bei Rotation selbst zentrierende Bohrerspitze, die außerdem in der Bohrung geführt ist. Die auftretenden Kräfte werden somit konstruktionsbedingt durch den aus Vollmaterial bestehenden Werkzeugkörper aufgefangen. Diese Merkmale sind auf einen hülsenförmigen Fräserschaft und auf das Bearbeiten von Freiformflächen nicht übertragbar.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im einzelnen zeigt

Figur 1 die Teilansicht eines Schaftfräser mit einem Klemmstück und auswechselbaren Schneidplatten,

Figur 2 den Schaftfräser nach Figur 1 im Schnitt A-A,
Figur 3 das Klemmstück für einen Schaftfräser nach Figur 1, Figur 4 die Teilansicht eines Schaftfräser mit einer mit Klebstoff befestigen Schneidplatten, Figur 5 den Schaftfräser nach Figur 4 im Schnitt B-B

Figur 6 die stirnseitige Teilansicht des Hohlschaftes mit schlitzförmiger Ausnehmung in schematischer Darstellung.

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Figur 1 zeigt den stirnseitigen Schneidkopf 1 eines Fräswerkzeugs mit einem hülsenförmigen Hohlschaft 2 als Werkzeugschaft und einer Schneidplatte 3, die mit einem Klemmstück 4 auswechselbar befestigt ist. Die Erfindung soll jedoch nicht auf eine einzige Schneidplatte 3 begrenzt werden, vielmehr können anstelle einer einzigen Schneidplatte 3 mehrere Schneidplatten 3 oder andere flügelartige Einsätze vorgesehen werden. Die Schneidenteile 5, 6 und 9 können vorzugsweise rechteckig geschnitten sein oder eine gemeinsame Kontur bilden. Die Schneidenform kann prinzipiell beliebig, aber symmetrisch zur Mittelachse ausgeformt sein. Die Schneidplatte 3 weist eine hintere Seitenkante 7 mit einem Zentrieransatz 8 auf.

Der Hohlschaft 2 kann ausgewuchtet sein und ist zum Vermeiden von Unwucht rotationssymmetrisch ausgebildet. Dem Schneidkopf 1 gegenüberliegend weist der nicht weiter dargestellte Werkzeugschaft auf der anderen Seite einen Spannschaft auf, der an sich bei ausreichender Festigkeit in einer Motorspindel mit einer Spannzangenaufnahme befestigt wird. Bei Einsatz der Kraftschrumpftechnik kann der Spannschaft in einem Spannfutter aufgenommen werden. Um die mit der Vergrößerung des Schaftdurchmessers einhergehende Massezunahme zu verringern, kann die Wandstärke des Werkzeugschaftes entlang seiner Rotationsachse zur Stirnseite hin verjüngend ausgebildet werden. Die Verjüngung der Wandstärke kann prinzipiell durch eine konisch verlaufende oder in anderer Weise abgestufte Außenmantelfläche bei einem konstanten Innendurchmesser ausgebildet werden, die einfach und genau herstellbar ist. Eine Erhöhung der funktionalen Eigenschaften kann dagegen durch einen Werkzeugschaft erzielt werden, der eine zylindrische Außenmantelfläche mit konstantem Außendurchmesser und im Bereich zwischen dem Spannschaft und der Stirnseite eine nichtzylindrische, konisch oder nach und nach sich erweiternde Innenmantelfläche aufweist. Hierbei ist die Hülsenerweiterung im Bereich des Schneidkopfes 1 kleiner als im Bereich des Schaftendes ausgebildet. Der Vorteil ist eine erheblich geringere Masse des Werkzeugschaftes im Bereich des Schneidkopfes 1 und eine einfachere kraftschlüssige Befestigung der Schneidplatte 3.

Die Herstellung der Schneidplatte 3 kann aus einem beschichteten oder unbeschichteten plattenförmigen Material mit einer Dicke von ca. 1 mm bis 3 mm vorgenommen werden, die aus Hartmetall, Schnellarbeitsstahl, sowie aus Keramik und Cermet bestehen.

Zum Fixieren der Schneidplatte 3 in dem Hohlschaft 2 des Fräswerkzeuges dient ein zylindrisches, durch Abkühlen oder einseitiges Erwärmen des Hohlschaftes 2 einsetzbares beziehungsweise herausnehmbares Klemmstück 4, das in Figur 3 dargestellt ist. Passend zu dem Klemmstück 4 ist, nach Figur 1 parallel zur hinteren Seitenkante 7, die Schneidplatte 3 mit einem dem Innendurchmesser des Hohlschaftes 2 entsprechenden Zentrieransatz 8 versehen. Das Klemmstück 4 ist zur Aufnahme des Zentrieransatzes 8 mit einem Aufhahmeschlitz 11 versehen, der durch zwei Klemmschenkel 12 gebildet wird. Die Klemmschenkel 12 sind entsprechend der Dicke der Schneidplatte 3 derart beabstandet, das sie seitlich am Zentrieransatz 8 radial federnd anliegen. Bezüglich des Innendurchmessers des Hohlschaftes 2 ist der Außendurchmesser des Klemmstückes 4 klemmend mit einem in der Dimension größeren Außendurchmesser ausgebildet, so daß sich beim Ineinanderfügen eine Preßpassung ergibt. Die Schneidplatte 3 ist infolgedessen durch die Klemmschenkel 12 im Hohlschaft 2 sicher befestigt.

Die Befestigung der Schneidplatte 3 mit dem Klemmstück 4 kann dadurch verbessert werden, daß das Klemmstück 4 und der Fügeabschnitt des Hohlschaftes 2 in axialer Richtung, endend an der Stirnseite, konisch verjüngt ausgebildet wird. Dadurch ist die Schneidplatte 3 auswechselbar und zugleich fliehkraftsicher gestaltet. Daneben kann die Einspannlänge des Zentrieransatzes 8 und die Abmessung des Klemmstücks 4 verringert werden. Dies bewirkt eine geringer Masse der Klemmverbindung.

Des weiteren kann das Klemmstück 4 mit dem Hohlschaft 2 des Fräswerkzeuges eine Werkstoffpaarung bilden, damit der Wärmeausdehnungskoeffizient des Klemmstückes 4 größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Hohlschaftes 2 ist, beispielsweise kann das Klemmstück 4 aus einem Werkstoff wie Aluminium oder Kupfer bestehen und der Hohlschaft 2 aus Stahl gefertigt werden. Schließlich kann zum Begrenzen der Einschublänge in den Hohlschaft 2 das Klemmstück 4 mit einem Bund 13 versehen werden, damit das Klemmstück 4 in seiner axialen Lage gesichert ist. Das Entfernen des Klemmstückes 4 mit der durch Abnutzung verschlissenen Schneidplatte 3 kann damit einfach durch Erwärmen und Herausschlagen vorgenommen werden.

Nach Figur 4 kann die Rundlaufgenauigkeit und die Vibrationsdämpfung in der Schneidplatte 3 erhöht werden, wenn die Schneidplatte 3 teilweise in einer schlitzförmigen Ausnehmung 14 des Hohlschaftes 2 mechanisch gelagert ist. Die in Figur 6 gezeigte schlitzförmige Ausnehmung 14 des teilweise dargestellten Hohlschaftes 2 ist diametral in der Stirnseite des Hohlschaftes 2 vorgesehen. In der schlitzförmigen Ausnehmung 14 ist die Schneidplatte 3 formschlüssig angeordnet und die frei auskragende Länge verringert sich. Die Fixierung der Schneidplatte 3 kann stoffschlüssig vorgenommen werden. Es hat sich gezeigt, daß in den meisten Fällen eine Kaltverbindung der Schneidplatte 3 mit dem Hohlschaft 2 mittels Klebstoff ausreichend ist.

Außerdem ist zur Sicherung der Schneidplatte 3 der Zentrieransatz 8 vorgesehen, mit dem die Schneidplatte 3 fliehkraftsicher mit dem Hohlschaft 2 verbunden ist. Der Zentrieransatz 8 kann desgleichen entsprechend Figur 1, parallel mit einem geringen Abstand zur hinteren Längskante angeordnet werden. Der Zentrieransatz 8 kann aus zwei im diametralen Abstand angeordneten Einstichen gebildet werden, die mit dem Hohlschaft 2 ineinandergreifend verschachtelt sind. Als Klebstoff kann ein durch Wärmer reaktivierbarer oder zerstörbarer Klebstoff eingesetzt werden, der gegenüber der bei der Bearbeitung entstehenden Wärmeentwicklung hinreichend beständig ist. Hierfür geeignete Klebstoffe sind beispielsweise anaerob aushärtende Klebstoffe für Metalle, lichtaushärtende Acrylatklebstoffe, lichtaushärtende Epoxidharze oder Schnellkleber und Sekundenkleber.

Claims (10)

1. Schaftfräser mit auswechselbaren Schneidplatten für die Herstellung von hitzebeständigen Gießformen aus Formstoffen, insbesondere aus bindemittelhaltigem Formsand, oder die Herstellung von Modellen beziehungsweise Prototypen aus Kunststoff, Graphit, Holzwerkstoffen oder sonstigen fräsbaren Werkstoffen, gekennzeichnet durch einen hülsenförmigen Hohlschaft (2) und mindestens einer formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Hohlschaft (2) verbundenen Schneidplatte (3), die eine hintere Seitenkante (7) aufweist, die mit einem dem Innendurchmesser des Hohlschaftes (2) entsprechenden Zentrieransatz (8) versehen ist.

2. Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidplatte (3) im Bereich der Schneidenteile (5), (6) und (9) mit einer beliebigen aber symmetrisch zu der Mittelachse geformten Kontur versehen ist.

3. Schaftfräser nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidplatte (3) aus einem beschichteten oder unbeschichteten plattenförmigen Material mit einer Dicke von ca. 1 mm bis 3 mm bestehend aus Hartmetall, Schnellarbeitsstahl sowie aus Keramik und Cermet hergestellt ist.

4. Schaftfräser nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fixieren der Schneidplatte (3) in dem Hohlschaft (2) ein zylindrisches, durch Abkühlen oder einseitiges Erwärmen des Hohlschaftes (2) einsetzbares beziehungsweise herausnehmbares Klemmstück (4) mit seitlich am Zentrieransatz (8) radial federnd anliegenden und einen Aufnahmeschlitz (11) bildenden Klemmschenkeln (12) vorgesehen ist, wobei die Klemmschenkel (12) entsprechend der Dicke der Schneidplatte (3) beabstandet und klemmend mit einem größer dimensionierten Außendurchmessers gegenüber dem Innendurchmesser des Hohlschaftes (2) ausgebildete sind.

5. Schafifräser nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmstück (4) eine Werkstoffpaarung mit dem Hohlschaft (2) des Fräswerkzeuges derart aufweist, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Klemmstückes (4) größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Hohlschaftes (2) ist.

6. Schaftfräser nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet durch ein aus einem Werkstoff wie Aluminium oder Kupfer bestehendes Klemmstück (4) und einen Hohlschaft (2) aus Stahl.

7. Schafifräser nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmstück (4) mit einem Bund (13) zum Begrenzen der Einschublänge in den Hohlschaft (2) versehen ist.

8. Schafifräser nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmstück (4) und der Fügeabschnitt des Hohlschaftes (2) in axialer Richtung, endend an der Stirnseite, konisch verjüngt ausgebildet ist.

9. Schafifräser nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme einer den Hohlschaft (2) teilweise durchdringenden Schneidplatte (3) diametral an der Stirnseite des Hohlschaftes (2) eine in Achsrichtung verlaufende, zu der Schneidplatte (3) komplementäre schlitzförmige Ausnehmung (14) vorgesehen ist, in welcher die Schneidplatte (3) zur mechanischen Fixierung formschlüssig gelagert und stoffschlüssig befestigt ist.

10. Schafifräser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidplatte (3) mit einer Kaltverbindung mittels Klebstoff befestigt ist.