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Dokumentenidentifikation DE10137849A1 23.05.2002
Titel Wegwerfeinsatz und diesen verwendende Stift-Spiegel-Fräseeinrichtung
Anmelder Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, JP
Erfinder Emoto, Shigenori, Itami, Hyogo, JP;
Maeda, Jun, Itami, Hyogo, JP;
Nakamura, Akio, Itami, Hyogo, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 02.08.2001
DE-Aktenzeichen 10137849
Offenlegungstag 23.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.05.2002
IPC-Hauptklasse B23C 9/00
Zusammenfassung Ein Wegwerfeinsatz für eine Stift-Spiegel-Fräseinrichtung, in der acht Ecken verwendet werden können und mit dem die Fräsleistung und die Genauigkeit der spanabhebenden Bearbeitung erhöht werden können, indem der axiale Spanwinkel der Umfangsfräskante positiv gemacht wird. Seitenflächen eines negativen Einsatzes mit Parallelogrammform sind durch zwei Flächen gebildet, die miteinander unter einem Winkel verbunden sind, so daß sie einen ersten eingeschlossenen Winkel und einen zweiten eingeschlossenen Winkel besitzen. Ferner sind an den Schnittpunkten zwischen jeder der Seitenflächen auf seiten der spitzen Ecke und den oberen und unteren Flächen und an den Schnittpunkten zwischen den Seiten der stumpfen Ecke und den oberen und unteren Flächen unabhängige gekrümmte Flächen vorgesehen.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wegwerfeinsatz, der für die spanabhebende Bearbeitung von Kurbelwellen verwendet wird, und eine diesen verwendende Stift-Spiegel-Fräseinrichtung.

Als ein Wegwerfeinsatz für eine Stift-Spiegel-Fräseinrichtung ist ein Typ bekannt, in dem acht Ecken verwendet werden, wie in den Fig. 6A-6C gezeigt ist. Bei diesem Wegwerfeinsatz (im folgenden mit Einsatz abgekürzt) sind zwei gegenüberliegende Seitenflächen 23 und 24 eines quadratischen negativen Einsatzes geringfügig geneigt, so daß die Eckenwinkel an diagonalen Positionen z. B. 85° betragen (Fig. 6C) und die Ecken, an denen die Seitenflächen 23 und 24 die oberen und unteren Flächen 21 und 22 schneiden, abgerundet sind. Vier solcher Einsätze sind an einem Fräseinrichtungskörper versetzt angebracht, um Umfangsfräskanten 25 und Schulterfräskanten 26 zu bilden, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Die japanische Patentanmeldung 11-197935 schlägt die Verwendung zweier Arten von Einsätzen vor, die jeweils vier Ecken verwenden. Im Hinblick auf die Werkzeugkosten wird jedoch der Typ, der acht Ecken verwendet, stärker bevorzugt.

Der Einsatz der Fig. 6A-6C ist hinsichtlich seiner Form auf die Verwendung von achten Ecken eingeschränkt und muß so angeordnet werden, daß die axialen und radialen Spanwinkel sowohl für die Umfangsfräskanten als auch für die Schulterfräskanten negativ sind. Daher war es schwierig, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Genauigkeit der spanabhebenden Bearbeitung zu erzielen.

Außerdem erschwert seine Form die Unterscheidung zwischen einer spitzen Ecke I und einer stumpfen Ecke II (Fig. 6C), so daß diese Ecken vertauscht werden könnten. Da außerdem die Eckenwinkel einer Sitznut 27 zum Einsetzen eines Einsatzes durchweg 90° betragen, wie in Fig. 8 gezeigt ist, bestand die Möglichkeit, daß bei der Eckenmontage Fehler verursacht werden.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Fräsleistung der Umfangsfräskanten, deren Arbeitslast am höchsten ist, zu verbessern und dabei die Verwendung von acht Ecken zuzulassen, um die Werkzeugkosten zu verringern.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen Fehler bei der Eckenmontage zuverlässig zu verhindern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß dieser Erfindung wird ein Wegwerfeinsatz einer Stift-Spiegel-Fräseinrichtung geschaffen, wobei der Einsatz ein negativer Einsatz ist, der im wesentlichen parallelogrammförmig ist und umfaßt:

obere und untere Flächen, wovon jede ein gegenüberliegendes Paar spitzer Ecken und ein gegenüberliegendes Paar stumpfer Ecken besitzt;

ein gegenüberliegendes Paar erster Seitenflächen; und

ein gegenüberliegendes Paar zweiter Seitenflächen;

wobei jede der ersten Seitenflächen bei Betrachtung von einer der zweiten Seitenflächen durch eine gekrümmte Fläche, eine Kombination aus ebenen Flächen, die angewinkelt verbunden sind, oder eine Kombination aus ebenen und gekrümmten Flächen gebildet ist;

wobei jede der ersten Seitenflächen bei Betrachtung von der oberen oder der unteren Fläche durch eine im wesentlichen geradlinige Steglinie gebildet ist, die auf seiten der spitzen Ecke aufgeschnitten ist, um den Eckenwinkel der spitzen Ecke zu erhöhen;

wobei an den Schnittpunkten zwischen den ersten Seitenflächen auf seiten der spitzen Ecke und den oberen und unteren Flächen sowie an den Schnittpunkten zwischen den ersten Seitenflächen auf seiten der stumpfen Ecke und den oberen und unteren Flächen gekrümmte Flächen, die unterschiedliche Krümmungsradien besitzen, ausgebildet sind.

Vorzugsweise sind die ersten Seitenflächen bei Betrachtung entweder von der oberen oder von der unteren Fläche durch zwei ebene Flächen gebildet, die angewinkelt miteinander verbunden sind, wobei die im wesentlichen gerade Steglinie so aufgeschnitten ist, daß die spitze Ecke einen ersten eingeschlossenen Winkel im Bereich von 70-85 Grad und einen zweiten eingeschlossenen Winkel, der um 3-10 Grad kleiner als der erste eingeschlossene Winkel ist, besitzt.

Außerdem wird eine Stift-Spiegel-Fräseinrichtung geschaffen, die einen Fräseinrichtungskörper umfaßt, der eine im wesentlichen zylindrische Einsatzmontagefläche; sowie die Einsätze nach Anspruch 1 oder 2 besitzt, wobei jeder der Einsätze eine zu den oberen und unteren Flächen senkrechte Achse besitzt;

wobei eine erste Gruppe von Einsätzen an der Einsatzmontagefläche des Fräseinrichtungskörpers so angebracht ist, daß sie im wesentlichen in Umfangsrichtung der Einsatzmontagefläche in axialer Richtung der Einsatzmontagefläche versetzt angeordnet sind;

wobei die erste Gruppe der Einsätze so orientiert ist, daß die Achse jedes Einsatzes in radialer Richtung der Einsatzmontagefläche verläuft, wobei eine der beiden Seitenflächen jedes Einsatzes als Spanfläche dient;

und ferner so orientiert ist, daß die gekrümmten und geraden Steglinien an den spitzen Ecken der jeweiligen Einsätze eine Umfangsfräskante für die spanabhebende Bearbeitung eines Stiftabschnitts einer Kurbelwelle bilden, wobei die Umfangsfräskante einen positiven axialen Spanwinkel und einen negativen radialen Spanwinkel besitzt,

wobei eine zweite Gruppe der Einsätze an der Einsatzmontagefläche des Fräseinrichtungskörpers in der Nähe seiner beiden axialen Kanten angebracht ist;

und so orientiert ist, daß die Achse jedes Einsatzes in axialer Richtung der Einsatzmontagefläche verläuft, wobei eine der beiden Seitenflächen jedes Einsatzes als Spanfläche dient;

und ferner orientiert ist, daß die Steglinien an den stumpfen Ecken der jeweiligen Einsätze Schulterfräskanten für die spanabhebende Bearbeitung eines Gegengewichtabschnitts der Kurbelwelle bilden, wobei die Schulterfräskanten sowohl axiale als auch radiale negative Spanwinkel besitzen.

Da in dieser Erfindung ein negativer Einsatz mit einer Parallelogramm-Grundform verwendet wird, kann an der äußeren Stirnseite der Umfangsfräskanten ein erforderliches Relief geschaffen werden, indem der axiale Spanwinkel der Umfangskanten positiv gemacht wird. Obwohl der radiale Spanwinkel der Umfangsfräskanten negativ wird, falls die geraden Abschnitte der Fräskanten mit einem Relief versehen sind, wird durch Ausbilden des positiven axialen Spanwinkels der eine hohe Last aufnehmenden Umfangsfräskanten die Fräsleistung verbessert, so daß der Wirkungsgrad der spanabhebenden Bearbeitung und ihre Genauigkeit erhöht werden können.

Da ferner der Eckenwinkel der spitzen Ecken durch Ausschneiden eines Teils der Seitenflächen erhöht wird, um den Eckenwinkel der Ecke mit spitzem Winkel zu erhöhen, kann die Festigkeit an den äußeren Enden der Umfangsfräskanten gewährleistet werden.

Da ferner die Eckenwinkel der spitzen Ecken und die Eckenwinkel der stumpfen Ecken stark unterschiedlich sind, können diese Ecken leicht voneinander unterschieden werden. Da außerdem die Einsatzsitze für die Umfangsfräskanten und jene für die Schulterfräskanten unterschiedliche Eckenwinkel besitzen, ist eine Montage der Einsätze nicht möglich, falls die Ecken vertauscht sind. Dadurch werden Fehler bei der Eckenmontage beseitigt.

Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen:

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A eine Draufsicht ist, die eine Ausführungsform eines Wegwerfeinsatzes gemäß dieser Erfindung zeigt;

Fig. 1B eine rechte Seitenansicht desselben ist;

Fig. 1C eine Vorderansicht desselben ist;

Fig. 1D eine Projektion der Seitenfläche 3 aus der Richtung X in Fig. 1A ist;

Fig. 1E eine Projektion der Seitenfläche 4 aus der Richtung X in Fig. 1A ist;

Fig. 1F eine perspektivische Ansicht desselben ist;

Fig. 1G eine Ansicht ist, die ein abgewandeltes Beispiel einer gekrümmten Fläche 8 zeigt;

Fig. 2 eine Seitenansicht ist, die einen Abschnitt einer Ausführungsform einer Stift-Spiegel-Fräseinrichtung ist;

Fig. 3 eine Ansicht ist, die die Fräseinrichtung nach Fig. 2 bei Betrachtung von der inneren Umfangsseite zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Abschnitt derselben zeigt;

Fig. 5 eine Ansicht ist, die zeigt, wie die Einsätze angeordnet sind, wenn sie in Drehrichtung der Fräseinrichtung von vorn betrachtet werden;

Fig. 6A eine Draufsicht eines herkömmlichen Einsatzes ist, in dem acht Ecken verwendet werden;

Fig. 6B eine rechte Seitenansicht desselben ist;

Fig. 6C eine Vorderansicht desselben ist;

Fig. 7 eine Ansicht ist, die zeigt, wie die Einsätze angeordnet sind, wenn sie in Drehrichtung der Fräseinrichtung von vorn betrachtet werden;

Fig. 8A eine Ansicht ist, die den Einsatz von Fig. 6 zeigt, der als eine Umfangsfräskante eingesetzt ist;

Fig. 8B eine Ansicht ist, die den Einsatz von Fig. 6 zeigt, der als eine Schulterfräskante eingesetzt ist;

Fig. 9A eine Ansicht ist, die den Einsatz von Fig. 1 zeigt, der als eine Umfangsfräskante eingesetzt ist; und

Fig. 9B eine Ansicht ist, die den Einsatz von Fig. 1 zeigt, der als eine Schulterfräskante eingesetzt ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Fig. 1A-1G zeigen eine Ausführungsform des Wegwerfeinsatzes dieser Erfindung. Dieser Wegwerfeinsatz T ist ein negativer Einsatz mit Parallelogrammform. Zwei parallele Seitenflächen 3 und 4 und die anderen beiden Seitenflächen 5 und 6 sind zu einer oberen Fläche 1 und zu einer unteren Fläche 2 senkrecht.

Jede der Seitenflächen 5 und 6 des Einsatzes, der eine solche Grundform besitzt, ist durch zwei ebene Flächen gebildet, die miteinander an einem Punkt S unter einem Winkel verbunden sind, der einen ersten eingeschlossenen Winkel ε1 und einen zweiten eingeschlossenen Winkel ε2, die auf seiten der spitzen Ecke I gebildet sind, umfaßt. Ferner sind an den Schnittpunkten zwischen den Abschnitten der spitzen Ecke der Seitenflächen 5 und 6 und der oberen Fläche 1 und an den Schnittpunkten zwischen den Abschnitten der stumpfen Ecke der Seitenflächen 5 und 6 und der unteren Fläche 2 unabhängige gekrümmte Flächen 7 bzw. 8 vorgesehen.

Der Krümmungsradius Ra der gekrümmten Flächen 7 ist größer als der Krümmungsradius Rb der gekrümmten Flächen 8. Dies stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar, wobei in manchen Fällen Ra = Rb oder Ra < Rb gilt. Außerdem können die gekrümmten Flächen 8 teilweise gekrümmt sein, wie in Fig. 1G gezeigt ist.

In Fig. 1A bezeichnet das Bezugszeichen 9 eine Mittelbohrung, die bei der Montage des Einsatzes verwendet wird.

Der Einsatz T mit einer solchen Struktur besitzt vier Ecken mit einem Krümmungsradius Ra und vier Ecken mit einem Krümmungsradius Rb. Somit können je nach Notwendigkeit acht Ecken verwendet werden.

Bei dem gezeigten Einsatz hat der erste eingeschlossene Winkel ε1 einen Wert von 80° und hat der zweite eingeschlossene Winkel ε2 einen Wert von 75°, sie sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Der Winkel ε1 beträgt vorzugsweise 70-85° und ε2 ist vorzugsweise um 3-10° kleiner als ε1.

Die gezeigte Form der Seitenflächen 5 und 6 macht die spanabhebende Bearbeitung einfach und wird somit bevorzugt. Sie können jedoch durch mehr als zwei ebene Flächen, die angewinkelt miteinander verbunden sind, oder durch die Kombination aus gekrümmten Flächen und ebenen Flächen gebildet sein.

Die Fig. 2-5 zeigen eine innere Stift-Spiegel-Fräseinrichtung, die Wegwerfeinsätze T nach Fig. 1 verwendet. Am inneren Umfang eines ringförmigen Fräseinrichtungskörpers 11 sind Einsätze T1, deren obere Flächen 1 nach vorn weisen, und Einsätze T2, deren untere Flächen 2 nach vorn weisen, eingesetzt und abwechselnd versetzt angebracht. Die Einsätze T1 sind so orientiert, daß ihre Seitenflächen 3 als Spanflächen dienen, während die Einsätze T2 so orientiert sind, daß ihre Seitenflächen 4 als Spanflächen dienen. Beide Einsätze sind so angeordnet, daß ihre gekrümmten Ecken auf seiten der Spanfläche an der äußeren Seite in axialer Richtung der Fräseinrichtung angeordnet sind, so daß sie symmetrische Umfangsfräskanten 12 bilden, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wobei die Stege auf seiten der spitzen Ecke dieser Einsätze und die geraden Stege damit verbunden sind.

Außerdem sind auf beiden Seiten des Fräseinrichtungskörpers 11 Einsätze T3, deren untere Flächen nach vorn weisen, und Einsätze T4, deren obere Flächen 1 nach vorn weisen, abwechselnd so angebracht, daß sie auf ihren Seiten liegen, so daß die Seitenflächen 3 und 4 als Spanflächen dienen und versetzt angeordnet sind, um mit den Stegen der Abschnitte der stumpfen Ecke dieser Einsätze Schulterfräskanten 13 zu bilden (Fig. 5).

Bei der gezeigten Fräseinrichtung ist der axiale Spanwinkel γp der Umfangsfräskanten 12 auf 5° gesetzt, während der radiale Spanwinkel γf auf -8° gesetzt ist (Fig. 3). Für die Schulterfräskanten 13 ist der axiale Spanwinkel γp auf -6° gesetzt, während der radiale Spanwinkel γf auf -20° gesetzt ist. In den Figuren sind die Bezugszeichen 14 Klemmschrauben für die Befestigung der Einsätze in den Sitznuten 15.

Die Fig. 9A und 9B zeigen einen Formunterschied zwischen den Sitznuten 15 für die Umfangsfräskanten 12 und jenen für die Schulterfräskanten 13. Zwischen den spitzen Ecken und den stumpfen Ecken der Einsätze sind die Eckenwinkel stark unterschiedlich, so daß sie einfach unterschieden werden können. Außerdem können die Einsätze, die so angeordnet sind, daß sie die Umfangsfräskanten 12 bilden, und jene, die so angeordnet sind, daß sie die Schulterfräskanten 13 bilden, nur in denjenigen Sitznuten angebracht werden, die den jeweiligen Fräskanten zugewiesen sind. Somit können Fehler bei der Anbringung vollständig vermieden und daher die Einsätze einfach und genau eingesetzt werden.

Die Umfangsfräskanten 12 werden dazu verwendet, einen Stiftabschnitt einer Kurbelwelle spanabhebend zu bearbeiten, während die Schulterfräskanten 13 dazu verwendet werden, ihren Gegengewichtsabschnitt spanabhebend zu bearbeiten. Da der axiale Spanwinkel der Umfangsfräskanten 12, die die höchste Arbeitslast aufnehmen, positiv ist, ist ihre Schärfe erhöht, so daß der Fräswiderstand abnimmt. Dadurch ist es möglich, die Geschwindigkeit und den Wirkungsgrad der spanabhebenden Bearbeitung zu erhöhen. Außerdem nehmen ein sogenanntes Rattern und Abreißen ab, so daß die Genauigkeit der spanabhebenden Bearbeitung verbessert wird.

Bei einer äußeren Stift-Spiegel-Fräseinrichtung sind Einsätze für die Ausbildung der Umfangsfräskanten am äußeren Umfang des Fräseinrichtungskörpers montiert.

Obwohl in der obigen Beschreibung verschiedene Bezeichnungen T1, T2, T3 und T4 verwendet werden, sind alle Einsätze gleich. Mit anderen Worten, unterschiedliche Bezeichnungen werden lediglich verwendet, um die Einsätze hinsichtlich der Orientierung, in der sie montiert sind, zu unterscheiden.

Wie oben beschrieben worden ist, ist es gemäß dieser Erfindung durch Verwendung eines negativen Einsatzes mit einer parallelogrammartigen Grundform, jedoch mit einer verbesserten Form, möglich, acht Ecken zu verwenden. Dies ist wesentlich auch für die Werkzeugkosten vorteilhaft. Außerdem ist es möglich, die Umfangsfräskanten, die einen großen Einfluß auf die Fräsleistung, die Genauigkeit der spanabhebenden Bearbeitung und die Werkzeuglebensdauer haben, mit einer sogenannten positiven Kantenform zu bilden. Dadurch werden die Anforderungen einer kurzen Bearbeitungszeit, einer Verringerung der Bearbeitungskosten und einer Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit erfüllt.


Anspruch[de]
  1. 1. Wegwerfeinsatz für eine Stift-Spiegel- Fräseinrichtung, wobei der Einsatz ein negativer Einsatz ist, der im wesentlichen parallelogrammförmig ist und umfaßt:

    obere und untere Flächen, wovon jede ein gegenüberliegendes Paar spitzer Ecken und ein gegenüberliegendes Paar stumpfer Ecken besitzt;

    ein gegenüberliegendes Paar erster Seitenflächen; und

    ein gegenüberliegendes Paar zweiter Seitenflächen;

    wobei jede der ersten Seitenflächen bei Betrachtung von einer der zweiten Seitenflächen durch eine gekrümmte Fläche, eine Kombination aus ebenen Flächen, die angewinkelt verbunden sind, oder eine Kombination aus ebenen und gekrümmten Flächen gebildet ist;

    wobei jede der ersten Seitenflächen bei Betrachtung von der oberen oder der unteren Fläche durch eine im wesentlichen geradlinige Steglinie gebildet ist, die auf seiten der spitzen Ecke aufgeschnitten ist, um den Eckenwinkel der spitzen Ecke zu erhöhen;

    wobei an den Schnittpunkten zwischen den ersten Seitenflächen auf Seiten der spitzen Ecke und den oberen und unteren Flächen sowie an den Schnittpunkten zwischen den ersten Seitenflächen auf seiten der stumpfen Ecke und den oberen und unteren Flächen gekrümmte Flächen, die unterschiedliche Krümmungsradien besitzen, ausgebildet sind.
  2. 2. Wegwerfeinsatz nach Anspruch 1, bei dem die Seitenflächen bei Betrachtung von der oberen oder der unteren Fläche durch zwei ebene Flächen gebildet sind, die angewinkelt miteinander verbunden sind, wobei die im wesentlichen gerade Steglinie so aufgeschnitten ist, daß die spitze Ecke einen ersten eingeschlossenen Winkel von 70-85° und einen zweiten eingeschlossenen Winkel, der um 3-10° kleiner als der erste eingeschlossene Winkel ist, besitzt.
  3. 3. Stift-Spiegel-Fräseinrichtung, die einen Fräskörper mit einer im wesentlichen zylindrischen Einsatzmontagefläche; und die Wegwerfeinsätze nach Anspruch 1 oder 2 umfaßt, wobei jeder der Einsätze eine zu den oberen und unteren Flächen senkrechte Achse besitzt;

    wobei eine erste Gruppe von Einsätzen an der Einsatzmontagefläche des Fräseinrichtungskörpers so angebracht ist, daß sie im wesentlichen in Umfangsrichtung der Einsatzmontagefläche in axialer Richtung der Einsatzmontagefläche versetzt angeordnet sind;

    wobei die erste Gruppe der Einsätze so orientiert ist, daß die Achse jedes Einsatzes in radialer Richtung der Einsatzmontagefläche verläuft, wobei eine der beiden Seitenflächen jedes Einsatzes als Spanfläche dient;

    und ferner so orientiert ist, daß die gekrümmten und geraden Steglinien an den spitzen Ecken der jeweiligen Einsätze eine Umfangsfräskante für die spanabhebende Bearbeitung eines Stiftabschnitts einer Kurbelwelle bilden, wobei die Umfangsfräskante einen positiven axialen Spanwinkel und einen negativen radialen Spanwinkel besitzt,

    wobei eine zweite Gruppe der Einsätze an der Einsatzmontagefläche des Fräseinrichtungskörpers in der Nähe seiner beiden axialen Kanten angebracht ist;

    und so orientiert ist, daß die Achse jedes Einsatzes in axialer Richtung der Einsatzmontagefläche verläuft, wobei eine der beiden Seitenflächen jedes Einsatzes als Spanfläche dient;

    und ferner orientiert ist, daß die Steglinien an den stumpfen Ecken der jeweiligen Einsätze Schulterfräskanten für die spanabhebende Bearbeitung eines Gegengewichtabschnitts der Kurbelwelle bilden, wobei die Schulterfräskanten sowohl axiale als auch radiale negative Spanwinkel besitzen.






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