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1. WO2006010350 - WERKZEUG

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Werkzeug

Die Erfindung betrifft ein Scheiben- oder leistenförmiges Werkzeug für die spanende Bearbeitung, insbesondere zum Schneiden von Profilen an einem Werkstück, wie einer während der Bearbeitung rotierend bewegten Kurbelwelle, mit mehreren tangential und mehreren radial eingespannten Wendeschneidplatten.

Bei der Herstellung von Kurbelwellen wird die Kurbelwelle mit einem bestimmten Aufmaß gegossen, um die anschließenden Zerspanungsoperationen mit ausreichender Sicherheit durchführen zu können. Aus dem Stand der Technik sind Werkzeuge zum Drehräumen oder Dreh-Drehräumen bekannt. Beim Drehräumen wird ein lineares Drehräum-Werkzeug in radialer Richtung auf das zu bearbeitende rotierende Werkzeug zugestellt. Beim Dreh-Drehräumen sind auf einem Teilkreisumfang eines scheibenförmigen Werkzeugträgers mehrere aufeinander folgende Schneideinsätze angeordnet, die schrittweise kontinuierlich längst einem ersten Abschnitt des Schei-benumfanges zunehmen. Dieses Werkzeug wird entlang eines Teilkreisbogens in radialer Richtung auf das rotierend bewegte Werkzeug eingeschwenkt, wie dies prinzipiell aus der EP 0 313 644 B1 oder der EP 0 286 771 A1 entnehmbar ist. Auf den dort zum Einsatz kommenden Werkzeugen werden zwei geometrisch unterschiedliche Schneideinsatztypen für die Zapfenbearbeitung und die Fertigung des Unterstichs verwendet. Werkzeuge der eingangs genannten Art sind beispielsweise in der DE 100 27 945 A1 dargestellt und beschrieben. Um einen weicheren Schnitt beim Zerspanen zu gewährleisten und um eine möglichst große Anzahl von Schneidwerkzeugen auf dem Scheibenfräser anordnen zu können, wird vorgeschlagen, dass die tangential eingespannten Schneideinsätze unter einem axialen Neigungswinkel von 15° bis 35° angeordnet sind und dass deren entgegen der Fräserdrehrichtung betrachtet hinterste Schneidecke auf einer Geraden vertikal zur Drehrichtung des Scheibenfräsers liegt, die von der vordersten Schneidkante des darauf folgenden radial eingespannten Schneideinsatzes einen Abstand von maximal 5 mm, vorzugsweise maximal 2 mm bis hin zu negativen Werten aufweist.

Bearbeitet man Kurbelwellen, beispielsweise zur Herstellung der Hublager mit einem Dreh-Drehräum-Verfahren und beginnt man mit der Zerspanungsoperation unmittelbar an der unbearbeiteten Gussoberfläche der Kurbelwelle, so werden die auf dem Werkzeug angeordneten Wendeschneidplatten sehr stark strapaziert, so dass ein relativ hoher Verschleiß gegeben ist. Neben der Standzeit der einzelnen verwendeten Wendeschneidplatten hängen die Kosten für die Werkzeugbearbeitung auch wesentlich davon ab, wie viele Wendeschneidplatten pro Werkzeug eingesetzt werden müssen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug zu schaffen, dass ein kostengünstiges Vorfräsen eines Hublagers einer Kurbelwelle erlaubt, so dass in dem nachfolgenden Zerspanungsvorgang mittels eines Dreh-Drehräum-Verfahrens nur noch ein minimiertes Aufmaß abgetragen werden muss, womit das zur Endbearbeitung verwendete Dreh-Drehräum-Werkzeug weniger belastet und dessen Standzeit damit erheblich verbessert wird. Ferner soll das neue Werkzeug möglichst viele wirksame Schneiden bei einer minimalen Anzahl von eingesetzten Wendeschneidplatten aufweisen. Die Wendeschneidplatten sollen flexibel verwendbar sein, d. h. auch für andere Zerspanungsoperationen nutzbar sein.

Diese Aufgabe wird durch das Werkzeug nach Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß weist zumindest ein Teil der tangential eingespannten Wendeschneidplatten eine Ausnehmung auf, die bei der tangential eingespannten Wendeschneidplatte einen Teil der Auflagefläche und einen Teil der radial liegenden Stirnfläche durchbricht und in die ein oberer rückseitiger Abschnitt einer radial eingespannten Wendeschneidplatte hineinragt, deren oberer vorderseitiger Abschnitt radial gegenüber der genannten Stirnfläche vorsteht. Durch diese Maßnahme kann an dem Werkzeug eine besonders hohe Anzahl von wirksamen Schneiden realisiert werden. Während bei den Schneideinsatzanordnungen gemäß dem Stand der Technik die radial eingespannten Wendeschneidplatten im Wechsel mit den tangential eingespannten Wendeschneidplatten hintereinander angeordnet waren, kann erfindungsgemäß die Anordnung einer radial eingespannten Wendeschneidplatte und einer tangential eingespannten Wendeschneidplatte „auf einer Linie" erfolgen, wobei beide Schneideinsätze beim Fräsen von Kurbelwellen gleichzeitig den Hublagergrund als auch die Hublagerseitenfläche bearbeiten können. Dies erspart eine zusätzliche Operation und dementsprechend auch Bearbeitungszeit.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So beträgt vorzugsweise die Breite der Ausnehmung maximal 1/3 der Breite der Stirnfläche und/oder maximal Vz der Höhe der tangential eingespannten Wendeschneidplatte. Durch diese Maßnahme wird berücksichtigt, dass die Ausnehmung die tangential eingespannte Wendeschneidplatte nicht schwächen darf, andererseits eine zu geringvolumige Ausnehmung nur einen relativ kleinen Raum zur Aufnahme des rückseitigen Abschnittes der radial eingespannten Wendeschneidplatte schaffen würde, mithin die Gefahr drohen könnte, dass die radial eingespannte Wendeschneidplatte im Bereich der aktiven Schneidkanten zu schwach dimensioniert ist. In entsprechender Weise ist auch die Breite der Ausnehmung maximal der Λh Dicke der radial eingespannten Wendeschneidplatte gewählt.

Um eine möglichst große Anzahl von Schneiden nutzbar zu machen, weist die tangential eingespannte Wendeschneidplatte auf diametral gegenüberliegenden Seiten jeweilige Ausnehmungen auf.

Vorzugsweise besitzt die tangential eingespannte Wendeschneidplatte zwei im Wesentlichen parallel zueinander liegende, von einem Befestigungsloch durchdrungene größere Flächen und vier hieran angrenzende Seitenflächen, nämlich zwei zumindest im wesentlichen parallel im Abstand zueinander liegende Stirnflächen und zwei auf gegenüberliegenden Seiten angeordnete Längsflächen. Die Schnittlinien der größeren Flächen mit den Längsflächen sowie die Schnittlinie der größeren Flächen mit den Stirnflächen und auch der Übergangsbereich von der Längsfläche zur Stirnfläche, der abgerundet (konvex) ausgeführt ist, bildet Schneidkanten. Vorzugsweise besitzt die tangential eingespannte Wendeschneidplatte acht nutzbare Schneid- ecken, jeweils randseitig des abgerundeten Übergangsbereichs von der Stirnfläche zur größeren Fläche.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die größere Fläche zwei gegeneinander leicht abgewinkelte Teilflächen auf, wobei vorzugsweise der eingeschlossene Neigungswinkel der Teilflächen >170°, vorzugsweise >175° ist und weiterhin vorzugsweise die sich zur Werkzeugmitte hin erstreckende Teilfläche kleiner als die sich zum Rand erstreckende Teilfläche ausgebildet ist.

Diese Maßnahme führt dazu, dass etwa in der Hublagermitte ein relativ weicher Schnitt vollzogen werden kann, da dort die Schneideinsätze leicht abgewinkelt sind.

Hinsichtlich der radial eingespannten Wendeschneidplatten wird vorzugsweise eine Ausführung gemäß Ansprüchen 9 oder 10 verwendet. Hiernach besitzt zumindest ein Teil der radial angeordneten Wendeschneidplatten zwei zueinander parallele und von einem Befestigungsloch durchdrungene größere Flächen, die auf gegenüberliegenden Seiten durch zumindest teilweise im Querschnitt konvexe, vorzugsweise halbzylinderförmig ausgebildete Stirnflächen überbrückt werden, deren Seitenkanten als Schneidkanten ausgebildet sind. Vorzugsweise erstreckt sich zwischen den Stirnflächen ein Basiskörper mit einem Befestigungsloch, der zur Mitte hin verbreitert ist.

Vorzugsweise sind die tangential und die radial eingespannten Wendeschneidplatten in einer Kassette angeordnet, was deren Flexibilität hinsichtlich der Ausrichtung (Einstellung der Hublagerbreite etc.) als auch eine schnelle Austauschmöglichkeit, nämlich durch Wechsel der Kassetten, ermöglicht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden alle Wendeschneidplatten aus einem Hartmetall oder einem Cermetkörper gefertigt, der auf pulvermetallurgischem Weg durch Pressen und anschließendes Sintern ohne zwischenzeitliche Nachbearbeitung hergestellt worden ist. Gegebenenfalls können die Wendeschneidplatten auch beschichtet sein, wobei die Zusammensetzung der verwendeten Beschichtungen in nach dem Stand der Technik grundsätzlich bekannter Weise gewählt werden kann.

Weitere Vorteile und Ausführungsvarianten werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schnittbild durch ein gefrästes Hublager,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines radial einspannbaren Schneideinsatzes,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer tangential eingespannten Wendeschneidplatte,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Wendeschneidplatten nach Fig. 2 und 3 zur Darstellung des „Ineinandergreifes" der beiden Wendeschneidplatten und

Fig. 5 die teilperspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges.

In Fig. 1 ist exemplarisch ein Querschnitt durch einen Teil einer Kurbelwelle dargestellt, in dem Seitenwangen 10 ebenso zu fräsen sind wie das Hublager 11 und Unterstiche 12. In dieser Zeichnung sind exemplarisch auch Ausmaße eingetragen, die typischer Weise durch ein Dreh-Drehräumen abgetragen werden müssen.

Um das in Fig. 1 dargestellte Schnittbild zu erhalten, werden in der Kassette eines Werkzeugträgers nach Fig. 5 zum Vorfräsen zwei bzw. drei Sorten von Wendeschneidplatten verwendet, auf die im Folgenden näher eingegangen wird. Fig. 2 ist eine Wendeschneidplatte 13 zu entnehmen, die radial einspannbar ist und zwei zueinander parallele und von einem Befestigungsloch 16 durchdrungene größere Flächen 14, 15 besitzt, die auf gegenüberliegenden Seiten durch halbzylinderförmig ausgebildete Stirnflächen 17 überbrückt werden, deren Seitenkanten 18 und 19 als Schneidkanten ausgebildet sind. Die genannten zumindest im wesentlichen halbzy-linderförmigen Stirnseiten 17 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten eines Basiskörpers 20, der rautenförmig ausgebildet ist und sich zur Mitte hin verbreitert, um einen genügend großen Platz für das Befestigungsloch 16 zu schaffen. Die vier Schneidkanten 18, 19 dieses Schneidkörpers können nach jeweiligem Wenden der Wendeschneidplatte sukzessive genutzt werden.

Fig. 3 zeigt eine tangential einspannbaren Wendeschneidplatte 21 , der zwei größere im wesentlichen parallel zueinander liegende von einem Befestigungsloch 22 durchdrungene größere Flächen und vier hieran angrenzende Seitenflächen, nämlich zwei zumindest im wesentlichen parallel im Abstand zueinander liegende Stirnflächen 23, 24 und zwei auf gegenüberliegenden Seiten angeordnete Längsflächen 25, 26 aufweist. Die größeren Flächen sind leicht gegeneinander abgewinkelt und weisen Teilflächen 27, 28 auf, deren eingeschlossener Neigungswinkel etwa 175° beträgt. Die Schnittkanten zwischen den Teilflächen 27 und 28 sowie den beiden Längsflächen 25 und 26 sind ebenso wie die Schnittkanten zwischen den Stirnflächen 23, 24 und den Längsflächen 25, 26 als Schneidkanten ausgebildet, wobei deren Übergangsbereiche abgerundet sind, so dass sich dort Schneidecken 29 bilden, deren aneinandergrenzende lineare Schneidkanten etwa in einem rechten Winkel von 90° zueinander stehen. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind insgesamt vier abgerundete Schneidecken 29 vorhanden, die diametral gegenüberliegend ausgebildet sind. Werden die spitzen Ecken 30 ebenfalls als abgerundete Schneidkanten ausgebildet, ergeben sich sogar acht nutzbare Schneidecken 29.

Erfindungsgemäß besitzt die Wendeschneidplatte 21 auf diametral gegenüberliegenden Seiten Ausnehmungen 31 , deren Breite geringfügig größer ist als die Breite der Wendeschneidplatte 13 an den jeweiligen Stirnflächen 17, so dass die Wendeschneidplatte 13 die in Fig. 4 dargestellte Lage einnehmen kann, bei der eine der Stirnflächen mit ihrem rückwärtigen Abschnitt in die Ausnehmung 31 , wie dargestellt, eingreift. Der vorderseitige Teil 32 mit dortigen freiliegenden Schneideckenabschnitten ist zum Fräsen von Seitenwänden eines Hublagers an Kurbelwellen nutzbar. Die Schneidkante 33 des tangential eingespannten Schneideinsatzes (bzw. bei entge- gengesetzter Drehrichtung die gegenüberliegende Schneidkante 34) werden zur Bearbeitung des Hublagergrundes 11 eingesetzt. Das hierzu verwendete Werkzeug ist in Fig. 5 erkennbar, in dem zusätzlich radial noch ein Schneideinsatz 35 eingespannt ist, der, falls die Wendeschneidplatte 21 auch an den Ecken 30 mit abgerundeten Schπeidecken versehen ist, auch aus der in Fig. 3 dargestellten Wendeschneidplatte bestehen kann. Verwendet man das in Fig. 5 dargestellte Werkzeug zum Vorfräsen, so muss zur Endbearbeitung der Kurbelwelle nur noch ein minimales Aufmaß abgetragen werden, so dass das wesentlich teurere Dreh-Drehräum-Endbe-arbeitungswerkzeug erheblich weniger belastet wird und damit seine Standzeit verlängert wird. Das in Fig. 5 dargestellte Werkzeug besitzt auf kleinstem Raum eine große Anzahl an wirksamen Schneidkanten, wobei die verwendeten Wendeschneidplatten gemäß Fig. 2 und 3 flexibel verwendbar sind, d. h. unter Umständen auch in anderen Zerspanungsoperationen eingesetzt werden können. Durch Variation des Überlappungsbereiches der Wendeschneidplatten 21 in dem Werkzeug nach Fig. 5 (auf gegenüberliegenden Seiten) kann die herstellbare Hublagerbreite variiert werden.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Wendeschneidplatten können ohne Unterlegscheiben und Justierstücke montiert werden. Vorteilhafter Weise werden alle Wendeschneidplatten pulvermetallurgisch aus Hartmetallen oder Cermets hergestellt und nach dem Sintern nicht mehr mechanisch nachbearbeitet, wovon selbstverständlich Beschichtungen mittels PVD oder CVD ausgenommen sind.

Wie bereits zum Teil erwähnt, ergibt sich durch das Prinzip der eingeschobenen Wendeschneidplatte 13 in die Ausnehmung der Wendeschneidplatte 21 eine besonders hohe Anzahl an wirksamen Schneiden. Durch Lagerung der Wendeschneidplatte 21 in einer Kassette kann jede in der Praxis benötigte Lagerbreite, also etwa von 18 bis 27 mm hergestellt werden. Da der Vorfräs-Vorgang mit relativ hohen Vorschüben durchführbar ist und in dem nachfolgenden Dreh-Drehräum-Prozess nur noch ein geringes Aufmaß bearbeitet werden muss, und bereits beim Vorfräsen Zerspanungsvorgänge zum Teil zusammengefasst worden sind, können in dem gesamten Zerspanungsvorgang 4 bis 6 sec. pro Lager an Bearbeitungszeit einge- spart werden. Da zusätzlich der für die Feinbearbeitung vorgesehene Dreh-Dreh-räum-Prozess schneller durchführbar ist, kommen insgesamt weniger Kassetten pro Werkzeug zum Eingriff, was sich für das Endbearbeitungswerkzeug standzeiterhöhend auswirkt.