DE69724565T2

DE69724565T2 - Eckenfräser mit Schneideinsätzen

Info

Publication number: DE69724565T2
Application number: DE69724565T
Authority: DE
Inventors: Galen R. Auburn Wright
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: JPH10180527A; EP0849021A1; US6217262B1; JP3904701B2; EP0849021B1; DE69724565D1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochgeschwindigkeits-Fräswerkzeug zum Entgraten und zur Kantenrundung von Maschinenteilen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fräswerkzeug, wie es in dem vorkennzeichnenden Abschnitt vom Anspruch 1 definiert ist. Solch ein Werkzeug ist aus der EP-A-O 431 746 bekannt.
Hintergrundinformation
Gegenwärtig verfügbare Schneidwerkzeuge sind Standardwerkzeuge mit konkavem Radius. Diese Schneidwerkzeuge setzen mehrfach konkav geformte Schneideoberflächen ein. Eine Ausführungsform nach dem Stand der Technik setzt Mehrfacheinsätze mit einem konkav geformten Schneidfläche ein, wie in 1 dargestellt. Die Einsätze können entweder ganzheitlich oder abnehmbar 6 mit dem Werkzeug verbunden sein und jeder Einsatz schneidet denselben Oberflächenbereich auf dem Maschinenteil. Diese Werkzeuge arbeiten gut bei niedrigen Umdrehungen pro Minute (rpm) und Anwendungen mit geringem Vorschub. Der Vorschub ist die relative Bewegung des Werkzeuges in die Richtung der Achse des Teiles (Inch/min).
2 zeigt eine schematische Darstellung eines älteren Einsatzes 6 mit einer konkav geformten Schneidefläche, welche die obere Kante eines Maschinenteiles 8 mit oberen und unteren Kanten überlappt. Standardschneidwerkzeuge mit konkavem Radius besitzen einen großen Kontaktbereich 9 mit dem Teil, was zu einem jähen und drastischen Anstieg von Schnittkräften bei hohen Umdrehungen pro Minute (rpm) und Vorschüben führt, was bewirkt, dass das Teil und das Schneidwerkzeug voneinan der abgelenkt werden. Ihr Einsatz bei Hochgeschwindigkeits-Fräsanwendungen verursacht eine Ablenkung und eine Rückfederung zwischen dem Teil und dem Werkzeug, was zu einem extremen Geratter und zu einem unakzeptablen Oberflächenzustand des Teiles führt. Wenn die Kante des Teiles dünner oder der Flansch länger wird, kann das Geratter oder die Ablenkung zwischen dem Teil und dem Werkzeug zunehmen. Der Vorschub hängt von der Stabilität des Werkzeuges ab, welche wiederum von seinem Verhältnis von Länge zu Durchmesser abhängt. Z. B. würde ein Werkzeug mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 7 : 1 einen Vorschub von weniger als ungefähr 203,2 mm (8 Inch) pro Minute bei Aluminium und bei Anwendungen, wo die Oberflächenqualität nicht wichtig ist, erfordern. Eine andere Begrenzung dieses Werkzeuges ist eine Anwendung, welche eine lange Reichweite oder Satzlänge zu der Schneideoberfläche erfordert. Hierbei wird das Werkzeug instabiler, wobei es für weniger Halt bei Anwendungen mit hohen Umdrehungen pro Minute (rpm) sorgt.
Das oben identifizierte den Stand der Technik beschreibende Dokument EP-A-O 431 746 offenbart bereits ein Frässchneidwerkzeug mit ersetzbaren Schneideinsätzen, welche auf einer gezähnten Scheibe oder Trommelkörper angebracht sind. Auflageflächen für die Einsätze auf den Zähnen lokalisieren sie auf beabstandeten Intervallen auf dem Rand von jedem Zahn. Die Einsätze von zumindest einem Zahn des Körpers sind in ihren Auflageflächen relativ zu den Einsätzen von zumindest einem anderen Zahn peripher gestaffelt, so dass die gestaffelten und beabstandeten Einsätze auf den Zähnen sich schneidende Rotationswege besitzen, um eine kontinuierliche profilierte Schnittlinie zu definieren. Die Einsätze, welche dreieckig oder quadratisch sein können, haben ihre Schneidkanten an Ort und Stelle auf den Zähnen geschliffen, um das Profil der Schnittlinie zu definieren. Durch dieses Verfahren kann eine Qualitätsprofiloberfläche hergestellt werden, wobei Schneideinsätze, welche zunächst eine standardisierte Ausgestaltung besitzen, eingesetzt werden. Obwohl dieses den Stand der Technik beschreibende Dokument vorschlägt, dass die Einsätze rotieren können, passen sie, aufgrund der Tatsache, dass die Schneidkante in Form geschliffen werden muss, nach der Rotation nicht mehr richtig in ihre entsprechenden Vertiefungen.
In der EP-A-O 620 070 wird ein Frässchneidwerkzeug mit rechteckigen Schneideinsätzen offenbart, welche sowohl über den Umfang als auch in axialer Richtung beabstandeten sind, um eine Annäherung eines geforderten Schnittprofils zu schneiden. Dies erfordert eine vollständige Umdrehung des Schneidwerkzeuges, um einen vollständigen sich dem geforderten Profil annähernden Schnitt zu machen. Die Schneideinsätze dieses Fräswerkzeuges nach dem Stand der Technik haben keine gleichseitige Gestalt, und das dem Stand der Technik beschreibende Dokument enthält keinen Hinweis, dass die ausgesparten Kanten als Schneidkanten eingesetzt werden könnten.
Bei den in den obigen zwei den Stand der Technik beschreibenden Dokumenten AP-A-O 431 746 und EP-A-O 620 070 offenbarten Frässchneidwerkzeugen wird nur eine einzelne Kante von jedem Einsatz als Schneidkante eingesetzt, und folglich können diese Frässchneidwerkzeuge nur eine Kante eines Maschinenteiles zur gleichen Zeit abrunden. Wenn ein Maschinenteil zwei benachbarte Kanten besitzt, welche abgerundet oder entgratet werden müssen, erfordert dies zwei getrennte Vorgänge mit den Frässchneidwerkzeugen nach dem Stand der Technik.
Maschinenteile können auch durch elektrische oder durch Luft betriebene Handwerkzeuge entgratet oder kantengerundet werden. Diese Werkzeuge weisen rotierende Schleifteile und rotierende Sandpapierschleifgeräte auf, welche bisweilen mit höheren Vorschüben betrieben werden als Standardschneidwerkzeuge mit konkavem Radius. Rotierende Schleifteile werden eingesetzt, um eine Kante eines Teiles abzurunden. Rotierende Sandpapierschleifgeräte setzen entweder Zylinder oder Scheiben ein, um Oberflächen eines Teiles zu glätten. Drehbare Puffer werden eingesetzt, um einen glatten Abschluss zu erzeugen. Alle Handwerkzeuge haben den Nachteil, möglicherweise zu unterschneiden oder unabsichtlich Material eines Teiles zu entfernen. Handwerkzeuge können auch den Nachteil eines begrenzten Zuganges zu Merkmalen eines Teiles besitzen, was eine lange Reichweite Kanten und Leisten eingeschlossen erfordert.
Früher war es aufgrund der extremen Maschinenkosten günstiger Kanten per Hand zu entgraten oder abzurunden. In letzter Zeit konkurrierte die Verfügbarkeit einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, welche Geschwindigkeiten von zumindest 10.000 rpm ermöglicht, wirtschaftlich mit Handwerkzeugen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung hat nun als ihre Aufgabe, ein verbessertes Fräswerkzeug zur Verfügung zu stellen, mit welchem zwei benachbarte Kanten eines Teiles einer Maschine in einem einzigen Vorgang effizient entgratet oder kantengerundet werden können. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Fräswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fräswerkzeuges bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines Standardwerkzeuges mit konkavem Radius nach dem Stand der Technik.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schneideinsatzes nach dem Stand der Technik und eines Maschinenteiles.
3 ist eine Seitenansicht des Fräswerkzeuges gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4 ist eine Ansicht des Fräskopfes von oben.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Schneideinsätze gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und des Maschinenteiles.
6 stellt rotierte Ansichten des kombinierten Ober- und Unterkanten-Fräswerkzeuges dar, wobei die quadratischen Einsätze dargestellt sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorher angemerkten mit den Standardwerkzeugen mit konkavem Radius verbundenen Beschränkungen werden durch diese Erfindung durch den "Facetteneffekt" des Erzeugens nur eines Abschnittes der Kantenrundung mit jeder Schneideoberfläche gelöst. Ein Schneidwerkzeug wird für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt, welches sich einem konkaven Schnittradius beim Fräsen der oberen Kante und der unteren Kante eines Teiles annähert. Dies wird mit dem Einsatz von Hartmetall-Wendeschneideinsätzen erreicht, wobei jeder mit einem unterschiedlichen Erhebungswinkel rotiert, um eine facettierte Annäherung eines Radius zu erzeugen. Wolfram-Karbid basierte Einsätze behalten ihre Härte bei höheren Temperaturen. Die Schneidwerkzeuge setzen quadratisch geformte Einsätze ein und können sowohl die oberen als auch unteren Kanten fräsen. Die Schneidwerkzeuge werden bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt, um das oben erwähnte Maschinenteil zu entgraten oder kantenzurunden. Die Vorteile beim Einsatz von Einsätzen umfassen die Vermeidung den gesamten Werkzeugkörper zu ersetzen und die Möglichkeit Teile mit vom Hartmetall bekannten Geschwindigkeiten zu fräsen, welche 10.000 rpm übersteigen können. Der Einsatz von Einsätzen, welche sowohl wendbar als auch ersetzbar sind, führt zu einem Fräswerkzeug mit einer längeren Lebensdauer verglichen mit dem Werkzeug mit konkavem Radius.
Die Grundkonstruktion des Fräswerkzeuges ist in 3 dargestellt und besteht aus einem Schneidwerkzeugkörper 10 mit einem Schneidkopf 12 an dem vorderen Ende. Der Radius des Schneidwerkzeugkörpers kann sich verjüngen 32. Der Schneidwerkzeugkörper besitzt einen im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt mit einer Rotationsachse dadurch und kann aus einer Hitze behandelten Stahlwelle gefertigt werden. Dieser Werkzeugstahl kann die Schneidhärte bei erhöhten Temperaturen beibehalten und enthält im Allgemeinen zwei Legierungselemente, Wolfram oder Molybdän oder eine Kombination aus beiden. 4 zeigt eine Ansicht eines Endes des Werkzeuges mit den Einsätzen (36, 38, 40). 5 stellt die Einsätze (36, 38, 40) dar, welche den Schnittbereich der Kante eines Maschinenteiles 8 überlappen. Ein typisches Schneidwerkzeug hat einen Durchmesser von 25,4 mm (ein Inch) oder weniger und besitzt drei Einsätze (36, 38, 40).
Die Merkmale der sowohl die obere Kante als auch die untere Kante fräsenden Köpfe können in einem einzigen Schneidwerkzeug kombiniert werden. Dieses Werkzeug ist in 6 dargestellt und setzt quadratische Einsätze ein, welche mit verschiedenen Winkeln eingesetzt sind, um eine facettierte Annäherung an den Schnittradius zu erzielen. Jeder Einsatz 36, 38, 40 ist wie ein Quadrat mit zwei Flächen geformt, wobei jede Fläche vier Kanten 42, 44, 62, 64 besitzt, was insgesamt acht Kanten ergibt. Die Einsätze sind ringsherum um das Ende des Schneidwerkzeugkörpers positioniert. Jeder Einsatz ist mit zwei äußeren Kanten 42, 44 in den Körper eingelassen. Eine Ecke des quadratischen Einsatzes befindet sich in einem spitzen Winkel mit dem Schneidwerkzeugkörper und sorgt für nach oben und nach unten abgeschrägte Schneidkanten. Jeder Einsatz besitzt zwei Sätze von nach oben und nach unten abgeschrägten Kanten. Die Einsätze befinden sich 120 Grad auseinander um die Achse des Schneidwerkzeugkörpers.
Die Schneideinsätze sind abnehmbar an dem Schneidkopf angebracht. Eine Einbauschraube befindet sich mittels eines Gewindes mit dem Einsatz und dem Schneidkopf 60 in Eingriff. Die Einsätze können rotieren, so dass jegliche Kante als Schneideoberfläche verfügbar ist. Die Einsätze können an einer Auswahl von Spanwinkeln ausgerichtet sein. Der Spanwinkel ist der durch die Fläche des Einsatzes und der Senkrechten der Rotationsachse des Werkzeuges gebildete Winkel. Der Spanwinkel kann positiv sein, um den Schervorgang zu verstärken, was ein Schneiden des Materials des Teiles anstatt eines Pflügens des Materials bei einem Neigungswinkel von 0° be wirkt, oder negativ, um das Material des Teiles zu hobeln. Bei einem Neigungswinkel von 0° wird das Material von dem Teil gepflügt und kann eine raue Oberfläche ergeben. Ein Scheren und Hobeln des Teiles kann ergeben, dass die meiste wärme auf das von dem Teil entfernte Material übertragen wird. Ein größerer Spanwinkel kann auch für eine erhöhte mechanische Unterstützung der Einsätze sorgen, wobei die Einsatzhalterung und Werkzeugstabilität verbessert wird. Dies ist insbesondere für Werkzeuge mit einem kleinen Radius wichtig. Ein typischer Spanwinkel ist +10 Grad, aber kann für eine spezielle Anwendung optimiert werden.
Nach einer vollständigen Umdrehung des Schneidwerkzeuges wird eine facettierte Annäherung an den geforderten Schnittradius an einem Punkt entlang der Kante des Maschinenteiles erzeugt. Das Schneidwerkzeug bewegt sich dann entlang der Kante des Maschinenteiles, wobei der Schneidvorgang wiederholt wird oder bis die Kantenrundung vollständig ist.
Dieses Schneidkonzept verbessert Technologiebedingungen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Diese Kantenschneidwerkzeuge sind geeignet, bei 10.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) oder mehr und bei Vorschüben von 1,524 Meter (60 Inch) pro Minute oder mehr zu laufen. Schneidwerkzeuge, welche sich einem Radius annähern, können in einem großen Bereich von Durchmessern mit drei oder mehr Einsätzen von verschiedenen Formen und Größen gefertigt werden, welche an verschiedenen Winkeln eingesetzt werden, um sich jeglichem gewünschten Kantenradius anzunähern.

Claims

Fräswerkzeug zum Kantenrunden von Maschinenteilen (8), umfassend: (a) einen Schneidwerkzeugkörper mit im Allgemeinen kreisförmigem Querschnitt mit einer Rotationsachse dadurch; (b) eine Mehrzahl von Hartmetall-Schneideinsätzen (36, 38, 40); wobei jeder Schneideinsatz (36, 38, 40) erste und zweite Flächen besitzt, wobei jede Fläche eine Mehrzahl von Randkanten (42, 44, 62, 64) besitzt; wobei die Schneideinsätze (36, 38, 40) in Umfangsrichtung positioniert und lösbar angebracht und teilweise in ein erstes Ende des Körpers eingebettet sind; wobei jeder Schneideinsatz (36, 38, 40) eine quadratische Form mit vier Kanten (42, 44, 62, 64) besitzt und mit zumindest einer äußeren Schneidkante (42, 44) in dem Körper eingebettet ist, wobei jedes Schneidelement (36, 38, 40) derart drehbar ist, dass jede Kante (42, 44, 62, 64) als Schneidkante verfügbar ist; und wobei jeder Schneideinsatz (36, 38, 40) nur einen Abschnitt des Radius des Teiles fräst und mit einem unterschiedlichen Erhebungswinkel rotiert; dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schneideinsatz (36, 38, 40) zwei äußere Schneidkanten (42, 44) besitzt und mit einer oberen Kante (42) entfernt von dem Werkzeug und mit einer unteren Kanten (44) entfernt von dem Werkzeug derart ausgerichtet ist, dass die Schneideinsätze (36, 38, 40) als Schneidwerkzeug sowohl für eine oben liegende Kante als auch für eine unten liegende Kante dienen, wobei die Schneideinsätze (36, 38, 40) eine facettierte Annäherung an den geforderten Schnittradius erzeugen.
Fräswerkzeug zum Kantenrunden von Maschinenteilen (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Schneideinsätze (36, 38, 40) entlang der Senkrechten der Rotationsachse des Körpers ausgerichtet sind.
Fräswerkzeug zum Kantenrunden von Maschinenteilen (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Schneideinsätze (36, 38, 40) mit einem Winkel zu der Senkrechten der Rotationsachse des Körpers ausgerichtet sind, wodurch für ein Spanwinkel der Scheidoberfläche gesorgt wird.
Fräswerkzeug zum Kantenrunden von Maschinenteilen (8) nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Schneideinsätze (36, 38, 40) in dem Körper angeordnet sind.
Fräswerkzeug zum Kantenrunden von Maschinenteilen (8) nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug derart angeordnet ist, dass es mit einer Geschwindigkeit von zumindest 10.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) läuft.
Fräswerkzeug zum Kantenrunden von Maschinenteilen (8) nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug derart angeordnet ist, dass es mit einem Vorschub von zumindest 1,5 Meter (60 Inch) pro Minute läuft.