CH699343B1

CH699343B1 - Gewindefräser.

Info

Publication number: CH699343B1
Application number: CH9932008A
Authority: CH
Inventors: Bernd Kirchner
Original assignee: Zecha Hartmetall Werkzeugfabrikation Gmbh
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-02-26
Also published as: DE102008030100B4; DE202007010616U1; DE202008018449U1; DE102008030100A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gewindefräser (200) zum Herstellen eines Gewindes (500) der Grösse M0,6–M6 mit vorbestimmtem Gewindeprofil in einem Werkstück (400). Der erfindungsgemässe Gewindefräser (200) umfasst einen Werkzeugschaft (205) zum Aufnehmen in einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine. Der Werkzeugschaft (205) hat eine Längsachse (260), um die der Gewindefräser (200) während der Benutzung des Gewindefräsers (200) rotiert. An den Werkzeugschaft (205) schliesst sich ein Werkzeugkopf (220) an, der in einer einzigen, zur Längsachse (260) senkrecht stehenden Umfangsebene wenigstens einen Schneidzahn (230) aufweist. Die Schneidkontur des Schneidzahns (230) ist wie folgt ausgebildet. Zwei geradlinige Schneidflanken (310) schliessen einen Winkel ein, der durch das herzustellende Gewinde (500) vorbestimmt ist. An jede Schneidflanke (310) grenzt eine geradlinige Längsschneide (320), die gegenüber einer zur Längsachse (260) des Gewindefräsers (200) parallele Achse um einen Winkel von ungefähr 1°–5° geneigt ist. Der Übergang zwischen einer Schneidflanke (310) und einer angrenzenden Längsschneide (320) erfolgt mit einem vorbestimmten Übergangsradius (315). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Gewindes der Grösse M0,6–M6.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Werkzeug zum Fräsen von Gewinden in einem Werkstück. Werkzeuge der genannten Art werden auch als Gewindefräser oder Gewindewirbler bezeichnet. Ausserdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fräsen eines Gewindes in einem Werkstück.

[0002] Grundsätzlich können Werkzeuge und Verfahren der eingangs genannten Art sowohl zur Herstellung von Aussen- als auch Innengewinden verwendet werden. Im vorliegenden Fall sind die Gewindefräser insbesondere zur Herstellung von Gewinden der Grösse M0,6- M6 ausgebildet. Derartige Gewinde müssen beispielsweise im Medizin- und Dentalbereich bei sehr kurzer Gewindelänge hochpräzise sein.

Hintergrund der Erfindung

[0003] Die Fertigung von Gewinden kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Grundsätzlich sind folgende Fertigungsverfahren zum Herstellen eines Gewindes bekannt: Gewindedrehen, Gewindeschneiden, Gewindebohren, Gewindefräsen etc. Jedes Fertigungsverfahren hat seine Vor- und Nachteile.

[0004] Die Herstellung von Gewinden der Grösse M0,6-M6 stellt erhöhte Anforderungen an die Werkzeuge zur Formung der Gewindeprofile. So sind die Toleranzen für die Zylindrizität eines Innengewindes sehr eng, was sehr präzise Werkzeuge erfordert und auch die Einhaltung eines sehr genauen Prozessablaufs bei der Herstellung des Gewindes mit sich bringen kann. Gerade im Medizin- oder Dentalbereich (Zahnimplantate etc.) dürfen zudem keinerlei Grate oder dergleichen entstehen, da ansonsten nach dem Einschrauben von Bauteilen in das hergestellte Gewinde winzige Materialspäne anfallen können.

[0005] Ein drehantreibbares Werkzeug zum spanlosen Erzeugen oder Nachbearbeiten eines Gewindes durch Eindrücken in eine Werkzeugoberfläche ist in der DE 10 2005 051 908 B3 offenbart.

[0006] Zur Herstellung von feinen Innen- und Aussengewinden hat sich zudem allgemein das Gewindefräsen bewährt. So werden sogenannte Profil- oder Gewindefräser verwendet, die umfangseitig ein oder mehrere Schneidzähne bzw. Schneidnasen aufweisen. Man spricht auch von ein- oder mehrgängigen Gewindefräsern oder Gewindewirblern. Eingängige Gewindefräser sind z.B. in DE 20 007 664 U1, DE 8 803 350 U1, JP 2000-343 330 A oder DE 9 317 904 U1 gezeigt. Mehrgängige Gewindefräser sind z.B. in EP 0 733 430 A1, EP 0 904 880 A1 oder DE 3 939 795 A1 offenbart.

[0007] Wie den zuvor genannten Druckschriften entnommen werden kann, sind bei einem eingängigen Gewindefräser ein oder mehrere Schneidzähne nur auf einem einzigen Umfangskreis eines Werkzeugkopfs angeordnet. Ein mehrgängiger Gewindefräser weist auf wenigstens zwei, in Längsrichtung des Gewindefräsers gesehen hintereinander liegenden Umfangskreisen jeweils ein oder mehrere Schneidzähne auf. Die Umfangskreise sind durch Schnitte von auf der Längsachse des Gewindefräsers senkrecht stehenden Ebenen mit dem Aussenumfang des Werkzeugkopfs gebildet.

[0008] Grundsätzlich gilt sowohl für ein- als auch mehrgängige Gewindefräser, dass zur Herstellung des Gewindes die um ihre Längsachse rotierenden Gewindefräser eine helikale Bewegung am Werkstück beschreiben und dabei durch die Schneidkontur der Schneidzähne das Gewindeprofil im Werkstück erzeugen. Alternativ zu einer Vorschubbewegung der Gewindefräser in Längsrichtung des herzustellenden Gewindes ist auch eine Vorschubbewegung des Werkstücks in Längsrichtung des herzustellenden Gewindes gegenüber dem Gewindefräser möglich. Es kann auch das Werkzeug um seine Längsachse drehen und gleichzeitig das Werkstück um eine hierzu parallele Achse rotieren. Durch gleichzeitige Bewegung in Längsrichtung dieser zueinander parallelen Achsen des Fräsers oder des Werkstücks wird dann das Innengewinde gefräst.

Je nach Gewindesteigung des herzustellenden Gewindes muss unter Umständen die Fräserachse zur Werkstückachse geschwenkt werden. Es ist noch anzumerken, dass im Gleichlauf oder Gegenlauf gefräst werden kann.

[0009] Bei den mehrgängigen Gewindefräsern wird die vollständige Gewindekontur bzw. -profil durch die Geometrie des Werkzeugfräsers bzw. die Kontur der einzelnen Schneidzähne hergestellt. Damit kann u.U. zwar eine Gratbildung am Kerndurchmesser eines herzustellenden Innengewindes reduziert werden, jedoch sind durch die mehrgängigen Gewindefräser auch beachtliche Nachteile bedingt. So erfolgt ein konisches Auslenken des Werkzeugfräsers während des Fertigungsprozesses. Damit ist das gefertigte Gewindeloch nicht auf der ganzen Tiefe nutzbar. Die mehrgängigen Gewindefräser haben eine W-förmige Fräserkontur, durch deren Eingriff im Werkstück aber sehr oft Rattermarken in den Gewindespitzen auftreten. Damit können aber oftmals die sehr hohen Qualitätsansprüche an die zu fertigenden Innengewinde nicht erfüllt werden.

Ausserdem ist bei den mehrgängigen Gewindefräsern die Steigung des herzustellenden Gewindes nicht frei wählbar, sondern durch die Fräskontur und Geometrie des Werkzeugs definiert. Der Abstand der vorhandenen zwei oder drei oder mehr Gewindegänge gibt die Steigung des herzustellenden Gewindes fest vor.

[0010] Ein weiterer gewichtiger Nachteil derartiger mehrgängiger Gewindefräser besteht darin, dass nach dem notwendigen Vorbohren des Gewindelochs die Fertigung des Gewindes üblicherweise in drei Arbeitsschritten erfolgt. So wird das herzustellende Gewinde etwa 0,1 mm kleiner als der Nenndurchmesser des herzustellenden Gewindes vorgefräst. Dann erfolgt ein Fräsen auf das Endmass des herzustellenden Gewindes. Der dritte Schritt besteht darin, nochmals einen Leerdurchlauf auf dem Endmass des herzustellenden Gewindes durchzuführen, um ein gleichmässiges Massverhalten im hergestellten Innengewinde zu erzielen. Dadurch wird aber das Werkzeug, hier der mehrgängige Gewindefräser, immer auf der gesamten Fräskontur eingesetzt und somit auch die gesamte Fräskontur belastet und abgenützt.

Damit die Vollausformung des Gewindes bei mehrgängigen Gewindefräsern einwandfrei ausgeformt wird, wird im direkten Vergleich mit eingängigen Gewindefräsern der Bohrlochdurchmesser immer um etwa 0,1 mm kleiner vorgebohrt als in der entsprechenden Norm des herzustellenden Gewindes beschrieben, was wiederum die gesamte Fräs- bzw. Schneidkontur der mehrgängigen Gewindefräser hoch belastet und damit insgesamt die Standzeit bzw. Lebensdauer eines solchen Gewindefräsers reduziert.

[0011] Ein Vorteil der eingängigen Gewindefräser besteht darin, dass die Steigung des herzustellenden Gewindeprofils nicht durch das Werkzeug vorgegeben ist, sondern frei festgelegt werden kann, da in Längsrichtung des Gewindefräsers gesehen nur ein Schneidzahn zur Herstellung des Gewindeprofils vorhanden ist. Mit anderen Worten: An einem eingängigen Gewindefräser ist nur auf einem einzigen Umfangskreis wenigstens ein Schneidzahn vorhanden, der ein dem herzustellenden Gewindeprofil entsprechendes Schneidprofil hat. Da bei derartigen eingängigen Gewindefräsern nur Schneidzähne des einzigen Schneidzahnkreis in Eingriff mit dem Werkstück sind, ist eine geometrische Abweichung vom theoretischen Gewindeprofil nicht messbar. Damit sind Gewinde absolut zylindrisch reproduzierbar und in ihrer gesamten Tiefe nutzbar.

Das ist insbesondere bei beengten Platzverhältnissen in der Implantattechnik notwendig. Das in einer Ebene zu fertigende Werkzeug, also der eingängige Gewindefräser, ist bezüglich seines Einsatzverhaltens leichter beherrschbar. Da die im Einsatz befindliche Schneidlänge kurz ist, nämlich nur einem Gewindegang entspricht, ist auch ein Rattern des Werkzeugs nicht festzustellen.

[0012] Ein bekannter eingängiger Gewindefräser ist in den beigefügten Fig. 10-12 dargestellt, der im Einzelnen in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert wird. Wie ersichtlich, hat dieser bekannte eingängige Gewindefräser ein Schneid- bzw. Fräsprofil mit einem Schneidzahn, wobei die Flanken des Schneidzahns länger sind als die herzustellende Gewindetiefe. Diese Ausgestaltung ermöglicht dadurch, dass das Loch, in dem das Gewinde einzubringen ist, mit dem Kerndurchmesser vorgebohrt wurde, eine präzise Fräsung eines metrischen Innengewindes mit zylindrischem Kerngewindeabschnitt. In der Praxis hat sich aber nunmehr gezeigt, dass im Eckbereich des zylindrischen Teils des Kerndurchmessers des herzustellenden Innengewindes beim Eintauchen der Schneide an beiden Schneidzahnflanken des Schneidprofils eine Gratbildung möglich ist.

Bereits nach kurzer Einsatzzeit eines solchen eingängigen Gewindefräsers ist mit dieser nachteiligen Gratbildung zu rechnen. Beim Einsatz eines derartigen bekannten Gewindefräsers wurde nun bisher durch mehrfaches Nachschneiden und wiederholtes Nachbohren des Kerndurchmessers des herzustellenden Gewindes die Gradbildung minimiert, konnte aber bisher nicht vermieden werden.

[0013] Die in den oben genannten Druckschriften DE 20 007 664 U1, DE 8 803 350 U1 oder DE 9 317 904 U1 offenbarten eingängigen Gewindefräser haben ein Schneid- bzw. Fräsprofil, das genau dem vorbestimmten Profil des herzustellenden Gewindes entspricht. Wie bei dem zuvor erläuterten bekannten eingängigen Gewindefräser tritt aufgrund dieser Schneidkontur wieder das Problem der Gratbildung in den Eckbereichen des Kerndurchmessers des herzustellenden Gewindes auf.

Darstellung der Erfindung

[0014] Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin, ein Werkzeug zum Fräsen von hochpräzisen Gewinden der Grösse M0,6-M6 bereitzustellen, bei dem eine Gratbildung, insbesondere im Bereich des Kerndurchmessers eines herzustellenden Innengewindes, möglichst vermieden wird. Ferner besteht das technische Problem, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem in kostengünstiger Weise mit Hilfe eines eingängigen Gewindefräsers ein möglichst weitgehend gratfreies Gewinde in einem Werkstück hergestellt werden kann.

[0015] Das erstgenannte technische Problem wird durch einen Gewindefräser gelöst, der zum Herstellen eines gemäss den üblichen Normen definierten Innen- oder Aussengewindes der Grösse M0,6-M6, insbesondere M0,7, M0,8, M0,9, M1 und alle weiteren Zwischenstufen, an einem Werkstück ausgebildet ist und vorzugsweise eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweist. Der Gewindefräser besitzt einen Werkzeugschaft zum Aufnehmen in einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine und er rotiert während der Herstellung des Gewindes um seine Längsachse. An den Werkzeugschaft schliesst sich ein Werkzeugkopf an, der in einer einzigen, zur Längsachse im Wesentlichen senkrecht stehenden Umfangsebene wenigstens einen Schneidzahn aufweist.

Die Schneidkontur des Schneidzahns ist so geformt, dass zwei geradlinige Schneidflanken einen Winkel einschliessen, der dem herzustellenden Gewinde entspricht. Jede Schneidflanke eines Schneidzahns grenzt an eine geradlinige Längsschneide an, die gegenüber einer zur Längsachse des Gewindefräsers parallelen Achse um einen Winkel von ungefähr 1[deg.]-5[deg.] geneigt ist. Der Übergang zwischen einer Schneidflanke und einer angrenzenden Längsschneide erfolgt stufenlos mit einem vorbestimmten Übergangsradius.

[0016] Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, erstmals einen eingängigen Gewindefräser so auszubilden, dass das Schneidprofil bzw. die Schneidkontur speziell ausgeformt ist, so dass durch die Übergangsradien die Gratbildung am Kerndurchmesser unterbunden wird, gleichzeitig aber die eigentliche Gewindeform des Gewinde der Grösse M0,6-M6 im Bereich des Kerndurchmessers nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere ist diese Schneidkontur so an das herzustellende Gewinde angepasst, dass der vorgegebene kleine Übergangsradius im Bereich des Kerndurchmessers des herzustellenden Gewindes in einem ersten Durchlauf, auch Schruppdurchlauf genannt, noch nicht mit dem Werkstück in Eingriff gelangt, in einem zweiten Fertigfräsdurchlauf dieser Übergangsradius dann aber in Eingriff kommt.

Auf diese Weise kann zum einen die bisher ansonsten unvermeidliche Gratbildung unterbunden, zum anderen aber auch die Standzeit des Gewindefräsers gegenüber bekannten Gewindefräsern erhöht, da der Übergangsradius während des Schruppdurchlaufs nicht belastet wird. Der erfindungsgemässe Gewindefräser kann aber auch die gewünschte Form des Gewindes in einem Durchlauf fräsen, ohne dass es zur bisherigen Gratbildung kommt. Unter Umständen ist dann allerdings die Standzeit nicht ganz so lang wie wenn der Gewindefräser in einem zweistufigen Herstellungsprozess mit Schrupp- und Fertigfräsdurchlauf eingesetzt wird.

[0017] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gewindefräsers ist der Mittelpunkt des Übergangsradius zwischen einer Längsschneide und einer angrenzenden Schneidflanke so gewählt, dass der Übergangsradius sowohl an die zugehörige Schneidflanke als auch an die angrenzende Längsschneide tangential anschliesst. Der Radiusmittelpunkt des Übergangsradius ist dabei zur zugehörigen Schneidflanke so angeordnet, dass der theoretische Verbindungspunkt, auch Tangentenpunkt genannt, zwischen Längsschneide und Übergangsradius im Wesentlichen auf dem vorgegebenen Kerndurchmesser des zu fräsenden Gewindes liegt. Insbesondere kann der theoretische Verbindungspunkt bzw. Tangentenpunkt innerhalb zugelassener Toleranzen von der Ideallage abweichen.

[0018] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gewindefräsers ist der Übergangsradius zwischen einer Längsschneide und einer angrenzenden Schneidflanke unabhängig vom zu fräsenden Gewinde der Grösse M0,6-M6 möglichst klein zu wählen. Beispielsweise ist der Übergangsradius kleiner als 0,12 mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm oder 0,08 mm. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Übergangsradius sogar nur 0,06 mm oder 0,03 mm. In Kombination mit der geneigten Längsschneide wird somit die definierte Abweichung vom vorgegebenen Gewindeprofil (beispielsweise gemäss DIN-Norm) möglichst klein gehalten, gleichzeitig aber auch die gewünschte Gratfreiheit erzielt.

[0019] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gewindefräsers bilden die zwei Schneidflanken eine Spitze des Schneidzahns, die eine Rundung aufweist, deren Radius kleiner ist als das vorgegebene theoretische Ideal des herzustellenden Gewindeprofils. Insbesondere ist der Radius an der Spitze möglichst klein gewählt. Beispielsweise ist dieser Radius kleiner als 0,12 mm. insbesondere kleiner als 0,1 mm oder 0,08 mm. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der Übergangsradius sogar nur 0,03 mm.

[0020] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gewindefräsers ist dieser dazu ausgebildet, ein Innengewinde zu fräsen. Bei diesen Innengewinden kann es sich beispielsweise um metrische Innengewinde der Grössen M0,6-M6, insbesondere M1,4-M4,0 handeln. Insbesondere sind mit einem erfindungsgemässen Gewindefräser metrische ISO-Gewinde der Grösse M0,6-M6 herzustellen. Vorzugsweise beträgt dabei der von den Schneidflanken des Schneidzahns eingeschlossene Winkel 60[deg.].

[0021] Das weitere technische Problem wird durch ein Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung gelöst, das insbesondere die folgenden Verfahrensschritte umfasst. In einem Werkstück wird zuerst ein Loch hergestellt, das einen Innendurchmesser aufweist, der bereits exakt dem vorgegebenen Kerndurchmesser des herzustellenden Innengewindes entspricht. Das Loch kann mit einem separaten Bohrer oder Fräser oder auch mit einem an dem erfindungsgemässen Gewindefräser ausgebildeten Bohr- oder Fräswerkzeug hergestellt werden. Daraufhin wird mit einem Gewindefräser der oben genannten Art gemäss der vorliegenden Erfindung das herzustellende Innengewinde so vorgefräst bzw. geschruppt, dass die Übergangsradien zwischen den Längsschneiden und den jeweiligen angrenzenden Schneidflanken des Gewindefräsers gerade noch nicht mit dem Werkstück in Eingriff gelangen.

Mit anderen Worten: Der Gewindefräser wird soweit radial im Loch, das mit dem Gewinde zu versehen ist, nach aussen bewegt, das ein Eingriff des Schneidzahns mit dem Werkstück bis zu der Stelle am Grund der Schneidzahnkontur erfolgt, an der der Übergangsradius tangential an die zugehörige Schneidflanke anschliesst.

[0022] Ist das Rohgewinde in diesem Schruppdurchlauf erstellt, erfolgt die Fertigstellung des Gewindes. Dazu wird mit demselben Gewindefräser, der auch zum Vorfräsen verwendet wurde, nochmals ein Durchlauf durchgeführt, wobei der Gewindefräser diesmal weiter als beim Schruppvorgang in das Material des Werkstücks eindringt. Bei diesem definierten Fertigfrässchritt gelangen die beiden Übergangsradien zwischen den Längsschneiden und den jeweiligen angrenzenden Schneidflanken des Gewindefräsers mit dem Werkstück in Eingriff, die jeweils an die Übergangsradien anschliessenden Längsschneiden aber im Wesentlichen nicht.

In anderen Worten bedeutet dies, dass diesmal der Gewindefräser mit einem grösseren Anteil der Schneidkontur mit dem Werkstück in dem vorgefrästen bzw. geschruppten Rohgewinde in Eingriff gelangt, jedoch nur soweit, dass nur noch ungefähr die Stellen mit dem Werkstück in Eingriff gelangen, an denen die Übergangsradien tangential in die anschliessenden Längsschneiden übergehen.

[0023] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verfahrens rotiert der Gewindefräser um seine Längsachse mit ungefähr 10 000-40 000 U/min, wobei auch jegliche Zwischenwerte, insbesondere in Abstufung von 1000 U/min mit offenbart sind.

[0024] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verfahrens bewegt sich der Gewindefräser auf einer helikalen Bahn entsprechend dem herzustellenden Gewinde und rotiert dabei um seine Längsachse. Alternativ ist es auch wie beim Stand der Technik möglich, dass das Werkstück rotiert und der Gewindefräser sich longitudinal seiner Längsachse bewegt.

[0025] Durch entsprechende Kombination der Längsbewegung und der Rotationsbewegung des Werkstücks wird die Steigung des Gewindes festgelegt.

[0026] Der Vollständigkeit halber ist noch anzumerken, dass im vorliegenden Fall unter dem Begriff Gewinde der Grösse M0,6-M6 auch alle denkbaren Zwischengrössen zu subsumieren sind. Die Gewindeprofile der hier interessierenden Art umfassen sowohl metrische Gewinde wie z.B. das internationale metrische ISO-Profil als auch Rund- Trapez-, Whitworth-Rohr-, und Sägengewindeprofile.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0027] Im Folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Heranziehung der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>eine Seitenansicht eines beispielhaften Werkzeugs gemäss der vorliegenden Erfindung,

<tb>Fig. 2<sep>eine Draufsicht des in der Fig. 1gezeigten erfindungsgemässen Werkzeugs,

<tb>Fig. 3<sep>eine vergrösserte Darstellung der Einzelheit A in der Fig. 1 des erfindungsgemässen Werkzeugs,

<tb>Fig. 4<sep>eine Einzelheit B des in der Fig. 3gezeigten Werkzeugkopfes;

<tb>Fig. 5<sep>eine schematische perspektivische Ansicht des in den Fig. 1 bis 4 gezeigten erfindungsgemässen Werkzeugs;

<tb>Fig. 6<sep>eine vergrösserte Darstellung der in der Fig. 2 gezeigten Draufsicht des erfindungsgemässen Werkzeugs,

<tb>Fig. 7<sep>eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemässen Gewindefräsers und eines hiermit hergestellten Innengewindes in einem Werkstück,

<tb>Fig. 8<sep>eine schematisierte Längsschnittansicht eines ersten Schruppvorgangs zur Herstellung eines Innengewindes mit einem erfindungsgemässen Gewindefräser,

<tb>Fig. 9<sep>eine der Fig. 8 gleichende schematische Schnittansicht mit in Richtung des Innengewindenenndurchmessers weiter eingerücktem erfindungsgemässen Werkzeug zum Endfertigen des Innengewindes im Werkstück.

<tb>Fig. 10 bis 12<sep>verschiedene Ansichten eines eingängigen Gewindefräsers nach dem Stand der Technik.

Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung

[0028] Ein eingängiger Gewindefräser 100 gemäss dem Stand der Technik ist in den Fig. 10bis 12 gezeigt. Der bekannte Gewindefräser 100 umfasst einen Werkzeugschaft 105 und einen Werkzeugstiel 115, 120. An der Spitze des Werkzeugstiels 120 befindet sich der eigentliche Werkzeug- bzw. Fräskopf 125. Der Fräskopf 125 dieses bekannten Gewindefräsers 100 ist in den Fig. 11und 12 vergrössert dargestellt. Der Fräskopf 125 umfasst hier einen Schneidzahn 130 der ein Schneidprofil aufweist, das dem zu erstellenden Gewindeprofil entspricht. Die Schneidflanken 150, 160 sind entsprechend dem herzustellenden Gewinde zueinander geneigt und bilden eine abgerundete Schneidspitze 170. Die eine Schneidflanke 160 endet in einer Kehle 135, die dann auf den Durchmesser des Werkzeugstiels 120 übergeht. In üblicher Weise weist diese Fräskopfausbildung eine Schneidfläche 145 auf.

In der in der Fig. 12gezeigten Draufsicht ist die Schneidzahnausbildung nochmals gut ersichtlich. Wie ersichtlich ist, sind die beiden Schneidflanken länger als die eigentliche Gewindetiefe, wodurch es zur eingangs erwähnten problematischen Gratbildung kommen kann.

[0029] Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1 bis 5 dargestellt. Der erfindungsgemässe Gewindefräser 200 besteht aus einem Werkzeugschaft 205, einem sich am Werkzeugschaft 205 anschliessenden Übergangsstück 210 und einem am oberen Ende des Übergangsstücks 210 anschliessenden Schneidenträger 215. Der Schneidenträger 215 weist an seinem freien Ende einen Werkzeug- bzw. Fräserkopf 220 auf. In der Fig. 1ist eine Längsachse 260 eingezeichnet, um die der Gewindefräser im Einsatz mit hoher Umdrehungszahl rotiert. Die Fräserabschnitte 205, 210, 215 können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht das Werkzeug 200 aus einem einstückigen Teil.

[0030] Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des in der Fig. 1gezeigten erfindungsgemässen Gewindefräsers 200. Grundsätzlich sind hier die gleichmässig auf einem einzigen Umfangskreis am Werkzeugkopf 220 auf gleicher Höhe angeordneten Gewindezähne 230 erkennbar. Zur besseren Darstellung dieser Einzelheiten wird auf die Fig. 6verwiesen. Diese zeigt eine vergrösserte Darstellung der in der Fig. 2gezeigten Draufsicht eines erfindungsgemässen Gewindefräsers 200.

[0031] Wie in der Fig. 6 gezeigt, sind am Werkzeugkopf 220 drei Schneidzähne 230 gleichmässig voneinander beabstandet auf einem Umfangskreis angeordnet. Wie später noch unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4sowie die Fig. 7bis 9erläutert wird, weisen diese Schneidzähne 230 ein Schneidprofil oder eine Schneidkontur auf, die dem zu fräsenden Gewinde entspricht. Jeder Schneidzahn 230 ist mit einer Freifläche 235 versehen, die in üblicher Weise ausgebildet ist. Zwischen den einzelnen Schneidzähnen 230 ist, wie insbesondere in der Fig. 3 ersichtlich, der Werkzeugkopf 220 und auch der Schneidenträger 215 wie üblich eingeschliffen, um eine einwandfreie Spanabfuhr zu ermöglichen. Diese geschliffenen Flächen sind mit dem Bezugszeichen 250 gekennzeichnet.

[0032] In der Fig. 3 und Fig. 4 sind die drei Schneidzähne 230 schematisch dargestellt. Gleichfalls sind auch die eingeschliffenen Flächen 250 gezeigt. Ein Schneidzahn 230 besitzt eine abgerundete Spitze 300, die über einen Radius 305 zwei Schneidflanken 310 verbindet. Die beiden Schneidflanken 310 weisen hier einen eingeschlossenen Winkel von 60[deg.] auf. Beide Schneidflanken 310 gehen mit einem Übergangsradius 315 in eine Längsschneide 320 über. Diese Längsschneide 320 schliesst sich tangential an den Radius 315 an. Die beiden Längsschneiden sind dabei um einen vorbestimmten Winkel [beta] (ca. 1[deg.]-5[deg.], insbesondere 2,5[deg.]-3,5[deg.], noch weiter bevorzugt 3[deg.]) gegenüber einer Parallelen zur Längsachse 260 geneigt.

[0033] Wie aus der vergrösserten Darstellung des Schneidzahns 230 gemäss der Fig. 4 ersichtlich, beträgt bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eines Gewindefräsers 200 gemäss der vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen der Spitze 305 des Schneidzahns 230 und dem Mittelpunkt des Übergangsradius 315 0,2 mm, womit ein Gewinde gemäss ISO-Norm von M0,8 hergestellt werden kann.

[0034] Der grundsätzliche Auftau des erfindungsgemässen Gewindefräsers 200 gemäss den Fig.1bis 4 ist auch aus der perspektivischen Darstellung gemäss der Fig. 5 ersichtlich.

[0035] In der Fig. 7 ist in einer schematischen Schnittansicht die Beziehung zwischen dem Gewindefräser 200 und dem in einem Werkstück 400 herzustellenden Gewinde besser ersichtlich. Eine detailliertere Erläuterung eines beispielhaften Gewindefräsverfahrens wird später noch unter Bezugnahme auf die Fig. 8und 9erläutert.

[0036] Der in der Fig. 7 gezeigte Gewindefräserkopf 220 umfasst die Schneidzähne 230, die mit den Schneidflanken 310, den Übergangsradien 315 und den leicht geneigten Längsschneiden 320 ausgebildet sind. Der Gewindefräser 200 dreht während der Herstellung des Gewindes um die Längsachse 260 mit hoher Geschwindigkeit. Gleichzeitig wird er in Richtung des Pfeils 410 oder 420 longitudinal bewegt, so dass bei gleichzeitiger Drehung des Werkstücks 400 um eine hier nicht gezeigte Längsachse das Innengewinde gefräst wird. Das Innengewinde ist ein metrisches ISO-Gewinde mit einer Gewindetiefe von 0,14 mm und einem oberen Radius an den Gewindespitzen von R0,06 mm. Der Abstand zweier benachbarter Gewindegänge beträgt 0,25 mm.

[0037] Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 8und 9eine beispielhafte Vorgehensweise zur Herstellung eines Gewindes unter Benutzung eines Gewindefräsers 200 der zuvor erläuterten Bauart nach der vorliegenden Erfindung erläutert. In der Fig. 8ist eine schematische Seiten- bzw. Schnittansicht gezeigt, die den erfindungsgemässen Gewindefräser 200 in einem ersten Roh- bzw. Schruppfräsdurchlauf zur Herstellung eines metrischen ISO-Gewindes 500 zeigt. Die Fig. 9ist eine der Fig. 8gleichende schematische Schnittansicht, wobei der erfindungsgemässe Gewindefräser 200 einen Fertigfräsdurchlauf durchführt. In den Fig. 8und 9gleichende Bezugszeichen kennzeichnen auch die gleichen Bauteile bzw. Abschnitte eines herzustellenden Gewindes 500.

[0038] Das in der Fig. 8 gezeigte, herzustellende Gewinde 500 ist ein metrisches ISO-Gewinde 500 der Grösse M0,6-M6 mit einem Kerndurchmesser 510, einem Nenndurchmesser 520 und einem Flankendurchmesser 530. Derartige Gewinde 500 der Grösse M0,6-M6 weisen oftmals gerade in der Medizin- oder Dentaltechnik äusserst kurze Gewindelängen über teilweise nur zwei Gewindegänge auf, so dass bei metrischen ISO-Gewinden dieser Art die reproduzierbare Zylindrizität des metrischen Gewindes 500 der Grösse M0,6-M6 sichergestellt sein muss, was insbesondere mit einem erfindungsgemässen Gewindefräser 200 bereits auch am ersten Gewindegang der Fall ist. Dieses metrische ISO-Gewinde 500 hat eine Grösse von Ml.6 und eine Gewindetiefe von 0,19 mm. Die Gewindetiefe ist dabei der Abstand zwischen dem Nenndurchmesser 520 und dem Kerndurchmesser 510.

Gemäss den Vorgaben soll der Gewindegrund 540 mittels eines Radius 550, der hier 0,025 mm beträgt, abgerundet sein. Die beiden Gewindeflanken 560 weisen einen eingeschlossenen Winkel [alpha] von 60[deg.] auf.

[0039] Wie bereits zuvor erläutert, ist das Schneidprofil des bzw. der Schneidzähne 230 eines erfindungsgemässen Gewindefräsers 200 mit entsprechend zueinander geneigten Schneidflanken 310 ausgebildet. Diese beiden Schneidflanken 310 gehen dann in passendem Abstand zur Spitze des Schneidzahns 305 in einen Übergangsradius 315 über. Die beiden Übergangsradien 315 enden dann tangential in eine Längsschneide 320. Wie in der Fig. 8 gezeigt, wird bei einer beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens der erfindungsgemässe Gewindefräser 200 nur soweit mit dem Material des Werkstücks 400 in Eingriff gebracht, dass nur bis zum tangentialen Anschluss der Übergangsradien 315 an die Schneidflanken 310 eine Fräsung erfolgt.

In einem weiteren Durchlauf wird dann das Gewinde 500 fertig gefräst, indem der Gewindefräser 200 soweit eingerückt wird, dass gerade noch mit der Stelle des Übergangs des Übergangsradius 315 in die Längsschneide 320 gefräst wird. Durch die Kombination von Übergangsradius 315 und leicht geneigter Längsschneide 320 wird die Gratbildung am Kerndurchmesser des zu fräsenden Gewindes 500 vermieden.

[0040] Der guten Ordnung halber sei hier nochmals herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemässen Gewindefräser 200, der das neue und vorteilhafte Schneidprofil bzw. Schneidkontur mit Übergangsradius und leicht geneigter Längsschneide aufweist nicht nur gemäss dem zuvor beschriebenen erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung eines Gewindes 500 verwendet werden kann, sondern auch so eingesetzt werden kann, dass nur mit einem Durchlauf ein Gewinde 500 gefräst wird. Dabei wird mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemässen Gewindefräser 200 soweit in das Material des Werkstücks 400 eingefräst, dass bis zu der Stelle des Übergangs zwischen Übergangsradius 315 und der sich daran anschliessenden Längsschneide 320 gefräst wird. Auch bei dieser Vorgehensweise lässt sich der ansonsten bisher entstandene Grat am Kerndurchmesser des zu fräsenden Gewindes 500 vermeiden.

Allerdings wird dann natürlich die gesamte Schneidkontur höher belastet, so dass vorzugsweise zur Verlängerung der Standzeit bzw. Lebensdauer eines erfindungsgemässen Gewindefräsers eine Herstellung eines Gewindes 500 durch zweimaligen Durchlauf, nämlich Schruppdurchlauf und Fertigfräsdurchlauf erfolgt, und zwar in der vorgenannten Art und Weise.

Claims

1. Gewindefräser (200) zum Herstellen eines Gewindes (500) der Grösse M0,6-M6 mit vorbestimmtem Gewindeprofil in einem Werkstück (400) mit:

- einem Werkzeugschaft (205) zum Aufnehmen in einer Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine, wobei der Werkzeugschaft (205) eine Längsachse (260) hat, um die der Gewindefräser (200) während der Benutzung des Gewindefräsers (200) rotiert,

- einem Werkzeugkopf (220), der sich an den Werkzeugschaft (205) anschliesst und in einer einzigen, zur Längsachse (260) senkrecht stehenden Umfangsebene wenigstens einen Schneidzahn (230) aufweist, dessen Schneidkontur wie folgt ausgebildet ist:

i. zwei geradlinige Schneidflanken (310) schliessen einen Winkel ein, der durch das herzustellende Gewinde (500) vorbestimmt ist,

ii. an jede Schneidflanke (310) grenzt eine geradlinige Längsschneide (320), die gegenüber einer zur Längsachse (260) des Gewindefräsers (200) parallele Achse um einen Winkel von 1[deg.]-5[deg.] geneigt ist,

iii. der Übergang zwischen einer Schneidflanke (310) und einer angrenzenden Längsschneide (320) erfolgt mit einem vorbestimmten Übergangsradius (315).

2. Gewindefräser (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tangentenpunkt des Übergangsradius (315) zwischen einer Längsschneide (320) und einer angrenzenden Schneidflanke (310) so angeordnet ist, dass er im Wesentlichen auf dem vorgegebenen Kerndurchmesser (510) des zu fräsenden Gewindes (500) liegt.

3. Gewindefräser (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsradius (315) zwischen einer Längsschneide (320) und einer angrenzenden Schneidflanke (310) unabhängig vom zu fräsenden Gewinde (500) gemäss den verfügbaren technischen Mitteln möglichst klein gewählt ist, insbesondere zwischen 0,12 mm-0,08 mm beträgt, wobei die genannten Randwerte mit eingeschlossen sind, weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 0,06 mm ist, weiter vorzugsweise zwischen 0,05-0,03 mm beträgt, wobei die genannten Randwerte mit eingeschlossen sind.

4. Gewindefräser (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schneidflanken (310) eine Spitze (300) des Schneidzahns (230) bilden, die eine Rundung aufweist, deren Radius kleiner ist als das vorgegebene theoretische Ideal des herzustellenden Gewindeprofils (500), insbesondere kleiner oder gleich 0,12 mm und noch weiter insbesondere kleiner oder gleich 0,03 mm.

5. Gewindefräser (200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius an der Spitze eines Schneidzahns (230) um 15-25%, insbesondere 20% grösser ist als der Radius, der dem vorgegebenen theoretischen Radius entspricht.

6. Gewindefräser (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindefräser (200) zum Herstellen eines Innengewindes der Grösse M0,6-M6 (500), insbesondere eines metrischen ISO-Gewinde der Grösse M0,6-M6 ausgebildet ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Innengewindes der Grösse M0,6-M6 (500) mit bestimmtem Kerndurchmesser (510) in einem Werkstück (400), umfassend:

- Herstellen eines Lochs in dem Werkstück (400) mit dem Kerndurchmesser (510) des herzustellenden Innengewindes (500),

- Vorfräsen des herzustellenden Innengewindes (500) mit einem Gewindefräser (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche derart, dass nur die Schneidflanken (310) des Gewindefräsers (200) über ihre gesamte Länge mit dem Werkstück (400) in Eingriff gelangen, die Übergangsradien (315) aber nicht,

- Fertigfräsen des herzustellenden Innengewindes (500) mit demselben Gewindefräser (200), der auch zum Vorfräsen verwendet wurde, derart, dass nunmehr auch die Übergangsradien (315) zwischen den Längsschneiden (320) und den jeweiligen angrenzenden Schneidflanken (310) des Gewindefräsers (200) mit dem Werkstück (400) in Eingriff gelangen, aber nicht die jeweils an die Übergangsradien (315) anschliessenden Längsschneiden (320).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindefräser (200) auf einer helikalen Bahn entsprechend dem herzustellenden Gewinde (500) bewegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (400) um eine zur Längsachse (260) des Gewindefräsers (200) parallele Achse dreht, während gleichzeitig der Gewindefräser (200) um die Längsachse (260) rotiert und in Richtung der Längsachse (260) entsprechend der vorbestimmten Steigung des herzustellenden Gewindes (500) bewegt wird.