-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Fräser mit mehreren über seinem
Umfang verteilten Schneiden, die sich im wesentlichen in axialer
Richtung erstrecken, wobei ein Teil der Schneiden durchgehend ausgebildet
ist und ein Teil der Schneiden durch Aussparungen unterbrochen ist,
so daß Schneidzähne entstehen.
-
Es
ist bekannt, eine Anzahl der durchgehenden Schneiden eines Fräsers derart
mit Aussparungen zu versehen, daß Schneidzähne entstehen. Die durch Aussparungen
unterbrochenen Schneiden dienen hierbei als Schruppschneiden für die grobe
Materialabtragung. Mit diesen Schruppschneiden werden durch die
die Schneidzähne
große
Materialspäne
von dem zu bearbeiten Werkstück
abgetragen. Die durchgehenden Schneiden hingegen dienen als Schlichtschneiden,
um einen zuvor durch eine Schruppschneide bearbeiteten Bereich fein
zu bearbeiten und somit zu glätten.
Von der Schlichtschneide werden im wesentlichen die Bereiche abgetragen, bei
denen die Schruppschneide zuvor mit ihren Aussparungen keinen Abtrag
bewirkt hat.
-
Allerdings
wird bei dieser bekannten Fräsergestaltung
der Vorschub des Fräsers
nicht berücksichtigt.
So wird eine durchgehend ausgebildete Schlichtschneide, welche dafür vorgesehen
ist, einen zuvor durch eine Schruppscheide bearbeiteten Materialbereich
zu glätten,
aufgrund des Vorschubs des Fräsers
tiefer ins das Material eindringen als zuvor der Scheidzahn der
Schruppschneide. Dies hat zur Folge, daß die Schlichtschneiden zum
glätten
mehr Material abtragen als notwendig. Die hierdurch zusätzlich aufgebrachten
Zerspanungskräfte
erhöhen insbesondere
die Vibrationsneigung des Fräsers.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Fräser zu schaffen, bei dem die
Belastung der verschiedenen Schneiden optimal ausgewogen ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
durchgehenden Schneiden einen anderen und vorzugsweise kleineren
radialen Abstand zur Fräserachse
aufweisen als die unterbrochenen Schneiden.
-
Durch
eine einem gewünschten
Fräservorschub
angepasste Abstandsdifferenz, auch radialer Versatz genannt, zwischen
den durchgehenden Schlichtschneiden und den unterbrochenen Schruppschneiden
wird ein durch den Fräservorschub
verursachtes nachteiliges übermäßiges Eindringen
der Schlichtschneiden vermieden. Der sich während einer Drehung des Fräser von
einer Schrupp-Stellung in eine Schlicht-Stellung ergebende Fräservorschub,
wird durch den erfindungsgemäßen radialen
Versatz derart ausgeglichen, daß die Schlichtschneide
nicht tiefer in das zu bearbeitende Material eindringt als zuvor
die Schruppschneide. Vorzugsweise ist der radiale Versatz so gewählt, daß er im
wesentlichen dem Vorschub des Fräsers
während
der Drehung um den Winkelversatz zwischen den Schneiden entspricht.
Ein zuvor durch die Schruppschneide bearbeiteter Materialbereich
wird anschließend
durch die Schlichtschneide geglättet, ohne
daß diese
zu tief in das Material eindringt. Unnötige Zerspanungskräfte mit
einhergehender Steigerung der Vibrationsneigung werden somit vermieden.
Der radiale Versatz kann je nach Anwendung unterschiedlichen Fräservorschüben angepaßt werden.
-
Vorzugsweise
ist jede zweite Schneide in axialer Richtung durch Aussparungen
unterbrochen, so daß das
Material durch unmittelbar aufeinander folgendes Schlichten und
Schruppen bearbeitet wird. Diese sich während des Fräsvorgangs
periodisch wiederholende Abfolge des Schruppens und Schlichtens
ermöglicht
ein kontrolliertes und präzises
Abtragen von Material.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die Schneidzähne
verschiedener Schruppschneiden in axialer Richtung einen Versatz
auf, und vorzugsweise entspricht dieser Versatz im wesentlichen
der Hälfte
der Zahnteilung. Somit greifen die Schruppschneiden mit ihren Schneidzähnen in
den Positionen des Materials ein, an denen die vorangehende Schruppschneide
mit ihren Aussparungen keinen Materialabtrag bewirkt hat. Ein derartiger Schneidzahnversatz
des Fräsers
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um eine möglichst
hohe Material-Abtragsleistung zu erzielen.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
sind die Aussparungen im wesentlichen komplementär zu den Schneidzähnen ausgebildet.
-
Bevorzugt
ist jeder Schneidzahn im wesentlichen trapezförmig ausgebildet. Aufgrund
der Schnittunterbrechungen während
des Fräsvorgangs sind
die Schneidzähne
dynamischen und thermischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt, wodurch
Risse in den Schneidzähnen
entstehen können,
die möglicherweise
den Bruch des Schneidzahnes zur Folge haben. Durch einen trapezförmigen Verlauf
der Schneidzahnflanken wird die Gefahr des Ausbrechens des Zahnes
verringert.
-
Ferner
kann jeder Schneidzahn im wesentlichen dreieckförmig ausgebildet sein. Durch
diese Form kann die Oberfläche
des abzutragenden Materials sehr wirksam angerissen werden, so daß mit vergleichsweise
geringen Zerspannungskräften
Material aus dem Werkstück
abgetragen werden kann.
-
Vorzugsweise
weist der Fräser
acht, zwölf oder
sechzehn über
seinen Umfang verteilte Schneiden aufweist. Bei weiteren Ausführungsform
kann der Fräser
bis zu 36 Schneiden aufweisen. Ein mit einer verhältnismäßig großen Anzahl
von Schneiden versehner Fräser
hat den Vorteil, daß der
Fräser
bei gleicher Abtragleistung Aussparungen mit geringerer Tiefe aufweisen
kann, so daß dieser
im Vergleich zu einem Fräser
mit weniger Schneiden eine größere Querschnittsfläche aufweist.
Bei einem Fräser
mit einer vergleichsweise großen
Querschnittsfläche
kann die beim Fräsvorgang
entstehende Wärme
besser abgeleitet werden. Ferner ist die Vibrationsneigung bei einem
Fräser
mit mehr Schneiden nicht so stark ausgeprägt. Da die Aussparungen eine
geringere Tiefe aufweisen, sind außerdem die beim Fräsvorgang
auftretenden Zerspannungskräfte
nicht so hoch wie bei einem vergleichbaren Fräser mit weniger Schneiden.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
können die
Schneiden schräg
zur Drehachse des Fräsers verlaufen,
wobei die Schneiden gegenüber
der Drehachse vorzugsweise um bis zu 15° geneigt sind. Mit geneigten
Schneiden können
die beim Fräsvorgang auftretenden
Zerspannungskräfte
nochmals deutlich reduziert werden.
-
Bevorzugt
verjüngt
sich der Fräser
vom Futter zur Spitze hin konisch. Bei der Materialabtragung werden
in den spanabhebenden Abschnitt des Fräsers neben Torsionskräften auch
Biegekräfte
eingeleitet. Diese erzeugen Biegemomente, die aufgrund des großen Hebels
nahe der Einspannstelle am Futter ein Maximum aufweisen. Durch eine
konusförmige
Form des Fräsers
wird dessen Querschnitt im Bereich des Futters vergrößert und
kann dadurch die hier wirkenden, großen Biegemomente aufnehmen.
-
Der
erfindungsgemäße Fräser kann
je nach Ausführungsform
zur Bearbeitung beliebiger Materialien verwendet werden. Insbesondere
kann er zur sowohl zur Bearbeitung von Holz als auch zur Bearbeitung
von Gummi verwendet werden.
-
Weitere
Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen in
-
1 eine
vergrößerte dreidimensionale Seitenansicht
eines erfindungsgemäßen Fräsers,
-
2 eine
Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsers,
-
3 einen
Längsschnitt
des Fräsers
entlang einer Schneide mit rechteckförmigen Zähnen,
-
4 einen
Längsschnitt
des Fräsers
entlang einer Schneide mit trapezförmigen Zähnen,
-
5 einen
Längsschnitt
des Fräsers
entlang einer Schneide mit dreieckförmigen Zähnen,
-
6 einen
weitern Längsschnitt
des Fräsers
entlang einer Schneide mit rechteckförmigen Zähnen,
-
7 einen
weiteren Längsschnitt
des Fräsers
entlang einer Schneide mit trapezförmigen Zähnen,
-
8 einen
weiteren Längsschnitt
des Fräsers
entlang einer Schneide mit dreieckförmigen Zähnen,
-
9 eine
Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräsers, und
-
10 Längsschnitte
des Fräsers
aus 6 entlang unterschiedlich gestalteter Schneiden
mit trapezförmigen
Zähnen.
-
In 1 wird
die Geometrie eines erfindungsgemäßen Fräsers 1 mit acht Schneiden
verdeutlicht. Der Fräser 1 weist
durchgehend ausgebildete Schneiden 2 und in axialer Richtung
durch Aussparungen 4 unterbrochene Schneiden 2' auf, wodurch
Schneidzähne 3, 3' entstehen.
Hierbei sind die Aussparungen 4 im wesentlichen komplementär zu den
Schneidzähnen 3, 3' ausgebildet.
Die Schneidzähne
können
bei einer Ausführungsform
eine dreieckförmige
Form aufweisen, wie die Schneidzähne 3,
oder im wesentlichen dreieckförmig
mit gekrümmten
Flanken ausgebildet sein, wie die Schneidzähne 3'. Weitere Ausführungsformen umfassen trapezförmige und
rechteckförmige
Zähne.
-
Die
Ausgestaltung der unterbrochenen Schneiden 2' mit den zwischen den Schneidzähnen 3, 3' verlaufenden
Aussparungen 4 hat den Vorteil, daß sich während des Fräsens Späne geringer
Breite bilden und der Schnittbereich besser gekühlt wird.
-
Die
durch Aussparungen 4 unterbrochenen Schneiden 2' dienen als
Schruppschneiden 2' für die grobe
Materialabtragung. Die durchgehenden Schneiden 2 hingegen
dienen als Schlichtschneiden 2 um einen zuvor durch eine
Schruppschneide 2' bearbeiteten
Bereich fein zu bearbeiten und somit zu glätten. Ferner werden von der
Schlichtschneide 2 Bereiche abgetragen bei denen die Schruppschneide 2' zuvor mit ihren
Aussparungen 4 keinen Materialabtrag bewirkt hat.
-
Ferner
weisen die Schneidzähne 3, 3' verschiedener
Schruppschneiden 2' in
axialer Richtung einen Versatz auf, der in der Ausführungsform
gemäß 1 im
wesentlichen der Hälfte
der Zahnteilung entspricht, wodurch eine Erhöhung der Abtragleistung erreicht
wird. Der Versatz der Schneidzähne kann
jedoch je nach Anwendung variiert werden und in einer anderen hier
nicht dargestellten Ausführungsform
z.B. ein Viertel der Zahnteilung betragen.
-
Der
radiale Abstand der Schruppschneiden 2' zur Fräserachse 6 beträgt bei der
hier dargestellten Ausführungsform
ca. 1 mm und ist ca. 0,3 mm größer als
der radiale Abstand der Schlichtschneide 2 zur Fräserachse 6.
Hieraus ergibt sich ein radialer Versatz der Schruppschneiden 2' gegenüber den Schlichtschneiden 2 von
ca. 0,3 mm nach außen.
Die Länge
des Fräsers 1 beträgt ca. 35
mm. Bei alternativen Ausführungsformen
kann der erfindungsgemäße Fräser 12, 24, 32 bzw. 36 Schneiden
aufweisen, wobei die radialen Abstände der Schlichtschneiden 2 zur
Fräserachse
ca. 40 mm, für
einen erfindungsgemäßen Fräser mit 12 Schneiden,
bis zu 90 mm für
einen Fräser
mit 36 Schneiden betragen.
-
2 zeigt
die in Umfangsrichtung eines alternativen Fräsers 1' angeordneten Schneidzähne 3 der
Schruppschneiden 2' zusammen
mit den Schlichtschneiden 2. Die Schneidzähne 3 weisen
im wesentlichen eine dreieckige Form auf. Der radiale Abstand der
Schruppschneiden 2 zur Fräserachse 6 beträgt bei der
hier dargestellten Ausführungsform ca.
40 mm und ist gegenüber
dem Abstand der Schruppschneide 2' zu Fräserachse 6 um den
radialen Versatz d versetzt, der vorzugsweise ca. 0,3 mm beträgt. Die
Länge des
Fräsers 1' beträgt ca. 100 mm.
-
Der
in 2 dargestellte Fräser 1' weist zwölf Schneiden auf, von denen
jede zweite Schneide als Schruppschneide 2' ausgebildet ist und die übrigen als
Schlichtschneiden 2 ausgebildet sind. Der für den Fräsvorgang
gewählte
Vorschub des Fräsers 1' beträgt bei einer
vollständigen
Umdrehung des Fräsers 1' vorzugsweise
ca. das zwölffache
des radialen Versatzes d, also 12d. Ein zuvor durch das
Eingreifen eines Schneidzahns 3 einer Schruppschneide 2' bearbeiteter
Bereich des Werkstücks
wird anschließend
nach einer 1/12-Drehung des Fräsers 1' durch eine
Schlichtschneide 2 geglättet.
Hierbei dringt die Schlichtschneide 2 nicht tiefer in das
Material ein als zuvor der Schneidzahn 3 der Schruppschneide 2', da der aus
einer 1/12-Drehung
des Fräsers 1' resultierende
Vorschub d durch den um d verringerten Abstand der Schlichtschneide 2 von
der Fräserachse 6 ausgeglichen
wird. Neben einem kontrollierten und präzisen Glätten werden hierdurch insbesondere
große
Zerspanungskräfte
vermieden, die dadurch entstehen, daß die Schlichtschneiden 2 zum glätten mehr
Material abtragen als notwendig.
-
In
den 3, 4 und 5 sind drei mögliche Formen 3, 3'', 3''' des Schneidzahnes
des Fräsers 1' aus 2 dargestellt.
Gemäß 3 verlaufen
die Flanken 7 des Schneidzahnes 3''' zueinander
parallel. Die Form des Schneidzahns 3''' ist rechteckig.
In der Ausführungsform
nach 4 ist der Schneidzahn 3'' im
wesentlichen trapezförmig.
Durch eine trapezförmige Schneidzahnform
wird eine erhöhte
Lebensdauer der unter thermischen und dynamischen Wechselbeanspruchungen
ausgesetzten Schneidzähnen 3'' erreicht. In der 5 ist
der Schneidzahn 3 dreieckförmig ausgebildet, entsprechend
der Ausführungsform
aus 1. Durch diese Form kann die Oberfläche des
abzutragenden Materials sehr wirksam angerissen werden, so daß mit vergleichsweise
geringen Zerspannungskräften
sehr wirksam Material herausgearbeitet werden kann.
-
Die 3, 4 und 5 machen
ferner den axialen Versatz der Schneidzähne 3, 3'' und 3''' von aufeinander
folgenden Schruppschneiden 2' sichtbar.
Aus diesem Grund sind in die dargestellte Schnittebene zwei Schneiden
mit Schneidzähnen gedreht,
zwischen denen eine Schlichtschneide 2 liegt. An der Position
der Schruppschneide 2',
an der die Aussparung 4 ausgebildet ist, weist die folgende Schruppschneide 2' einen Schneidzahn 3 auf
(vgl. 5). Während
des Fräsvorgangs
greifen die Schneidzähne 3 einer
Schruppschneide 2' in
die Materialbereiche ein, an denen die vorangehende Schruppschneide 2' zuvor mit ihren
Aussparungen 4 keinen Materialabtrag bewirkt hat. Es hat
sich herausgestellt, daß durch
eine derartige Fräsergeometrie
ein hoher Materialabtrag bei großer Laufruhe erzielt werden
kann.
-
6 zeigt
einen weiteren Längsschnitt
des zwölf
Schneiden (2, 2')
aufweisenden Fräsers 1' entlang einer
Schruppschneide 2' mit
rechteckförmigen Zähnen 3'''.
In die dargestellte Schnittebene sind eine Schruppschneide 2' und eine Schlichtschneide 2 gedreht,
wobei, wie bereits oben beschrieben, die Schruppschneide 2' einen um den
Betrag d von ca. 0,3 mm vergrößerten radialen
Abstand zur Fräserachse
aufweist. Mit derart verkürzten
Schlichtschneiden 2 beträgt daher, wie oben beschrieben, der
optimale Vorschub des Fräsers 1' ca. 3,6 (=
12 × 0,3)
mm/Umdrehung.
-
Die 7 und 8 zeigen
weitere Längsschnitte
entlang Schruppschneiden 2' mit
trapezförmigen
Zähnen 3'' bzw. dreieckförmigen Zähnen 3. Auch hier
sind in die dargestellte Schnittebene jeweils eine Schlichtschneide 2 und
eine Schruppschneide 2' gedreht
und der radiale Abstand der Schlichtschneiden 2 zur Fräserachse 6 (vgl. 2) ist
ebenfalls gegenüber
dem Abstand der Schruppschneiden 2' zu Fräserachse 6 um ca.
0,3 mm verkürzt.
-
In 9 ist
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fräsers 1'' dargestellt. Die Schruppschneiden 2' und die Schlichtschneiden 2 sind
auswechselbar und über
Kegelstifte 5 in einen zylinderförmigen Schneidenträger 8 eingeklebt.
Die Schneiden (2, 2')
können
bei alternativen Ausführungsformen
jedoch auf jede denkbare bekannte Art und Weise an dem Schneidenträger 8 befestigt
sein. Insbesondere können
die Kegelstifte 5 in die aufnehmenden Öffnungen auch eingelötet sein.
Ferner zeigen die Figuren aus 10 Längsschnitte
unterschiedlicher Ausführungsformen
der Schruppschneiden 2' bzw.
Schlichtschneiden 2 aus 9. Hierbei handelt
es sich um profilierte vergleichsweise kurze Schneiden, die insbesondere
das Fräsen
kleiner begrenzter Ausnehmungen, wie beispielsweise das Fräsen von
Zahnradnuten ermöglichen.
-
- 1,
1', 1''
- Fräser
- 2,
2'
- Schneide
- 3,
3',3'',3'''
- Schneidzahn
- 4
- Aussparung
- 5
- Kegelstift
- 6
- Fräserachse
bzw. Drehachse des Fräsers
- 7
- Flanke
des Schneidzahns
- 8
- Schneidenträger