DE102005002698B4

DE102005002698B4 - Fräswerkzeug

Info

Publication number: DE102005002698B4
Application number: DE200510002698
Authority: DE
Inventors: Helmut Glimpel; Hans-Jörg Licha
Original assignee: Franken and Co KG Fabrik fur Prazisionswerkzeuge GmbH; Franken GmbH and Co KG Fabrik fur Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Franken and Co KG Fabrik fur Prazisionswerkzeuge GmbH; Franken GmbH and Co KG Fabrik fur Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: CH698712B1; JP2006198767A; DE102005002698A1

Abstract

Fräswerkzeug (1), mit
a) einem Grundteil (3) und
b) wenigstens drei Schneiden (2', 2'', 2''', 2''''), die unter jeweils einem Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) angeordnet sind,
c) wobei das Grundteil (3) während eines Arbeitsvorganges die Schneiden in eine Schnittrichtung (S) bewegt,
d) wobei zumindest drei der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') in ungleichem Abstand zueinander angeordnet sind,
e) wobei der Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) zumindest eines Teils der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') in Abhängigkeit des Abstands zwischen der Schneide (2', 2'', 2''', 2'''') und der in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide festgelegt ist, und
f) wobei die Festlegung des Spanwinkels (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) einer Schneide (2', 2'', 2''', 2'''') mit der Maßgabe erfolgt, dass der Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) mit zunehmendem Abstand zur in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide größer wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug.

Es sind Schaftfräser bekannt mit einem langgestreckten, zylindrischen Schaft als Grundteil oder Trägerkörper, an dessen Stirnseite Schneiden angeordnet sind. Bekannt ist es dabei auch, die einzelnen Schneiden nicht äquidistant über den Umfang des Grundteils anzuordnen, sondern sie zueinander in unterschiedlichen Abständen oder Teilungswinkeln anzuordnen. Hierdurch wird eine Anregung von Schwingungen während des Eingriffs des Werkzeugs erschwert, da das Werkzeug dann nicht so leicht durch den Eingriff der einzelnen Schneiden in das zu zerspanende Material in Resonanz geraten kann. Somit werden durch diese Maßnahme Schwingungen gedämpft und das Betriebsverhalten des Fräsers verbessert. Für die Ausgestaltung derartiger Fräswerkzeuge existieren im Stand der Technik vielfältige Lösungen.

Die DE 692 28 301 T2 offenbart einen steif ausgebildeten Schaftfräser mit einem Schaft, einer Vielzahl von Spiral-Schneidkanten am Umfang des Schaftfräsers und Spantaschen in den äußeren Schneidkanten. Weiterhin ist ein radialer Spanwinkel der Spiral-Schneidkanten vorgesehen, der in einem Querschnitt rechtwinklig zur Längsachse des Schaftfräsers in einem vorgegebenen Bereich festgesetzt ist. Um einen Fräser zu erhalten, der verschiedene Werkstücke von solchen mit geringen Härtwerten bis zu solchen mit hohen Härtewerten zu fräsen, ist weiterhin vorgesehen, dass der Kerndurchmesser der Spiral-Schneidkanten im Bereich von 70% bis 90% des Außendurchmessers des Schaftfräsers liegt, wobei auch für die Tiefe der Spantaschen und den Steigungswinkel spezifische Werte vorgeschlagen werden.

Aus der DE 29 37 585 C2 ist ein Fräswerkzeug mit einer Vielzahl von Schneidzähnen bekannt, deren jeder eine Spanfläche und eine Freifläche sowie Schneidkanten an deren Übergang aufweist, wobei die Spanflächen wellenförmig von einem Ende des Schneidabschnitts zum anderen verlaufen. Zur Erzeugung günstig geformter, diskontinuierlicher Späne, die leicht abfließen, ist vorgesehen, dass auch die Freiflächen wellenförmig ausgebildet sind, und zwar in der Weise, dass die Schneidkanten durch mit der Wellung entsprechendem Abstand angeordnete flache Ausnehmungen kreisförmigen Querschnitts mit großem Radius unterbrochen sind.

Die DE 37 06 282 C2 offenbart einen Schaftfräser mit einem Fräserkörper und einer geraden Anzahl schraubenlinienförmig verlaufenden Umfangsschneidkanten, wobei mindestens eine der Umfangsschneidkanten einen Schraubenwinkel aufweist, der von demjenigen der anderen Schneidkanten verschieden ist. Um den Schaftfräser leicht herstellen zu können und ihm ein gutes Schneidverhalten zu verleihen, ist weiterhin vorgesehen, dass die gerade Anzahl von Umfangsschneidkanten im gleichen Abstand am Umfang des Fräserkörpers in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Fräsers angeordnet ist. Weiterhin besteht die gerade Zahl von Umfangsschneidkanten aus einer Anzahl von diametral gegenüberliegenden Schneidkanten, wobei zwei Umfangsschneidkanten jedes der Paare von Schneidkanten den gleichen Schraubenwinkel aufweisen und dadurch symmetrisch gegenüber der Drehachse des Schneidwerkzeugkörpers sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Fräswerkzeug anzugeben, mit dem eine hohe Leistungsfähigkeit oder Zerspanleistung bei zugleich möglichst geringer Neigung zu Schwingungen oder Resonanz möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Gemäß der Erfindung ist der Spanwinkel zumindest eines Teils der Schneiden, vorzugsweise aller Schneiden, in Abhängigkeit des Abstands und/oder des Teilungswinkels zwischen der Schneide und der in Schnittrichtung vorhergehenden Schneide festgelegt. Ferner ist vorgesehen, dass der Spanwinkel einer Schneide mit einem größeren Abstand und/oder Teilungswinkel zu der in Schnittrichtung benachbarten oder vorhergehenden Schneide größer ist als der Spanwinkel einer Schneide mit kleinerem Abstand und/oder Teilungswinkel zu der in Schnittrichtung vorhergehenden Schneide. Mit anderen Worten, die Festlegung der Spanwinkel ist mit der Maßgabe erfolgt, dass der Spanwinkel mit zunehmendem Abstand und/oder Teilungswinkel zur in Schnittrichtung vorhergehenden Schneide größer wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Werkzeuges gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Patentanspruch 1 jeweils abhängigen Patentansprüchen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei den verschiedenen Abständen zwischen den Schneiden auch unterschiedliche Spangrößen oder Spandicken (oder: unterschiedlich dicke Späne) entstehen. Der Span wird umso größer werden, je mehr Abtrag eine Schneide zu leisten hat. Dies hängt davon ab, wie weit die der betrachteten Schneide vorausgehende Schneide von dieser beabstandet ist. Dabei wird von der grundsätzlichen Erkenntnis ausgegangen, dass große Spanwinkel das Eindringen der Schneide in den Werkstoff begünstigen, kleine Spanwinkel bis hin zu negativen Spanwinkeln indes das Eindringen erschweren. Je größer der Spanwinkel ist, desto geringere Vorschubkräfte sind erforderlich und desto besser kann bei gewissen Materialien die Schnittqualität sein. Andererseits ergeben große Spanwinkel kleine Keilwinkel an der Schneide, wodurch die Schneide gegen Beanspruchung empfindlicher wird. Bei einem dickeren Span ist in der Regel auch ein größerer Schnittdruck bzw. eine größere Schnittkraft/Umformkraft erforderlich.

Mit Vorteil ist der Abstand der Schneiden zueinander durch ungleiche Teilungswinkel der um das, vorzugsweise zylindrische, Grundteil herum angeordneten Schneiden definiert, wobei der Spanwinkel einer Schneide in Abhängigkeit des Teilungswinkels zu der in Schnittrichtung vorhergehenden Schneide festgelegt ist.

Für die Wahl der Spanwinkel sieht die Erfindung verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten vor: Gemäß einer Lösung ist vorgesehen, dass der Spanwinkel aller Schneiden positiv ist. Alternativ hierzu kann vorgesehen werden, dass der größte Spanwinkel der Schneiden positiv und der kleinste Spanwinkel der Schneiden nicht-positiv, d.h. Null oder negativ, ist. Eine weitere alternative Möglichkeit sieht vor, dass der größte Spanwinkel der Schneiden nicht-negativ, d.h. positiv oder Null, ist und der kleinste Spanwinkel der Schneiden negativ ist. Schließlich ist es auch denkbar, dass sämtliche Spanwinkel der Schneiden negativ sind. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Spanwinkel der Schneiden zwischen –30° und +30°, insbesondere zwischen –15° und +15°, liegen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform folgen die Schneiden in zwei alternierend aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Abständen oder Teilungswinkeln.

Die Erfindung wird mit besonderem Vorteil für einen Schaftfräser eingesetzt.

Es kann das Werkzeug einstückig aus einem Werkstoff, beispielsweise einem, insbesondere gehärteten, Stahl oder einem Hartmetall oder Cermet oder einem anderen bekannten Schneidstoff gebildet sein, insbesondere durch Materialabtrag wie Schleifen aus einem insbesondere zylindrischen, Rohkörper. Das Werkzeug kann aber auch aus mehreren Teilen aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein, beispielsweise aus einem Schaft aus einem Material, z.B. Stahl oder Hartmetall, und einem oder mehreren am Schaft befestigten Teilen aus Hartmetall, Cermet oder anderen bekannten Schneid stoffen, die abhängig von zu bearbeitenden Werkstoff gewählt werden. Schließlich kann das Werkzeug zumindest im Bereich der Schneiden eine Hartstoff- und/oder Verschleißschutzbeschichtung aufweisen, beispielsweise aus TiAlN.

Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung insbesondere eines Fräswerkzeugs wird erreicht, dass – vor allem, wenn eine Vielzahl von Schneiden eingesetzt wird – ein hoher Materialabtrag bei guter Spanbildung möglich ist, d. h. es wird eine hohe Schneid- bzw. Arbeitsleistung des Werkzeugs erreicht. Das Werkzeug kommt zum Schruppen und zum Schlichten zum Einsatz, wobei infolge der erfindungsgemäßen Gestaltung des Werkzeugs auch beim Schlichten hohe Materialabträge, wie sie beim Schruppen üblich sind, erzielbar sind.

Ferner wird durch den Erfindungsvorschlag eine hohe Standzeit des Werkzeugs erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch eine Schneide eines Fräswerkzeugs beim Zerspanen von Material mit den wichtigsten Schneidenparametern,
2 die Stirnansicht eines Schaftfräsers (Ansicht A gemäß 4) gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine der 2 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Schaftfräsers,
4 die Seitenansicht eines Schaftfräsers und
5 eine Frontansicht des Schaftfräsers gemäß 4.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 sind zunächst die wichtigsten Bezugsgrößen und Parameter angegeben, wie sie insbesondere beim Fräsen auftreten. Das nur ausschnittsweise dargestellte Werkzeug 1 weist eine Schneide 2 auf, die zu zerspanendes Material 8 schneidet und die an einem Grundteil 3 des Fräsers 1 angeordnet ist. Das Grundteil 3 bzw. die Schneide 2 wird relativ zum zu zerspanenden Material 8 oder Werkstück in Schnittrichtung S bewegt und trägt dabei einen Span 80 ab.
Die Spanfläche 50 im Bereich der Schneide 2 ist die Fläche, auf der der Span 80 beim Materialabtragungsprozess abläuft. Der Aufnahmeraum für den Span an der Spanfläche 50 ist der Spanraum 53, insbesondere eine Spannut. Die Freifläche(n) 51 ist bzw. sind die Flächen, die den am Werkstück entstehenden Schnittflächen zugekehrt oder zugewandt sind. Die Schnittlinien oder eindimensionalen Strukturen, in denen sich die Spanfläche 50 und die Freifläche 51 schneiden, bilden die Schnittkante 5 der Schneide 2 des Werkzeugs 1.
Die sogenannten Werkzeugwinkel werden durch die Stellung oder Lage der Flächen am Schneidteil oder Werkzeug 1 zueinander bestimmt und werden im sogenannten Werkzeugbezugsystem gemessen. Das Werkzeugbezugssystem enthält neben einer Werkzeugbezugsebene, die durch den betrachteten Schneidenpunkt möglichst senkrecht zur angenommenen Schnittrichtung S gelegt wird, jedoch nach einer Ebene, Achse oder Kante des Werkzeugs, bei einem Schaftfräser als Werkzeug 1 der Rotationsachse oder Werkzeugachse, ausgerichtet wird, weiterhin eine Schneidenebene, die die Schneide 2 enthält, sowie eine Keilmessebene. In 1 enthält die Werkzeugbezugsebene die Normale N und ist im Allgemeinen senkrecht zur Drehachse (9 in 2 bis 7) gerichtet. Zu unterscheiden sind dabei die Werkzeugwinkel von den im sogenannten Wirkbezugsystem gemessenen Wirkwinkeln für die Darstellung des Zerspanungsvorganges. Im Wirkbezugssystem ist die Werkzeugbezugsebene durch die Wirkbe zugsebene zu ersetzen, die senkrecht zur Wirkrichtung betrachtet wird. Die drei Ebenen jedes der beiden Bezugssysteme stehen jeweils senkrecht aufeinander.
Im Werkzeugbezugssystem sind die für die Zerspanung wichtigsten Winkel der

• Spanwinkel γ, der dem Winkel zwischen Spanfläche 50 und Werkzeugbezugsebene entspricht oder, mit anderen Worten, dem Winkel zwischen der Tangente an die Schneide 2 im Bereich der Schnittkante 5 und der Oberflächennormalen N,
• der Keilwinkel β, der dem Winkel zwischen Spanfläche 50 und Freifläche 51 entspricht, und
• der Freiwinkel α, der dem Winkel zwischen Freifläche 51 und Werkzeugschneidenebene, hier also zwischen der Tangente an die Schneide 2 an deren radialen äußeren Ende und der Schnittrichtung S, entspricht.

Die Summe von Freiwinkel α, Keilwinkel β und Spanwinkel γ ist 90°. Der Komplementwinkel zum Spanwinkel auf 90° wird auch als Schnittwinkel 6 bezeichnet.
In den 2 und 3 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Werkzeugs 1 als Schaftfräser skizziert, wobei beide Ausführungsformen in einer Ansicht in Achsrichtung des in 4 in einer Seitenansicht dargestellten Werkzeugs 1 gemäß dem Pfeil A.
Bei dem in 2 dargestellten Werkzeug 1 sind lediglich vier Schneiden 2', 2'', 2''' und 2'''' vorgesehen, die im Bereich der Stirnseite des zylindrischen Grundteils 3 angeordnet sind. Bei der Drehung des Werkzeugs 1 um die Drehachse 9 bewegen sich die Schnittkanten 5', 5'', 5''' und 5'''' senkrecht zum Radius von der Drehachse 9 zur Schnittkante 5', 5'', 5''', 5''''. Die Schnittrichtung S relativ zum Werkstück ergibt sich aus dieser Drehbewegung um die eigene Drehachse 9 und einer Vorschubbewegung des Werkzeugs 1, d.h. einer Bewegung der Drehachse 9 durch den Raum.
Während die beiden Schneiden 2' und 2'' bzw. 2''' und 2'''' sich in relativ geringem Abstand zueinander, markiert durch die Teilungswinkel φ₁ bzw. φ₃, befinden, ist der Abstand zwischen den Schneiden 2'' und 2''' bzw. zwischen 2'''' und 2' relativ groß, was durch die Teilungswinkel φ₂ bzw. φ₄ angegeben ist.
Die Spanwinkel γ₁, γ₂, γ₃ bzw. γ₄ der vier Schneiden 2', 2'', 2''', 2'''' sind entsprechend dem Abstand der jeweiligen in Schnittrichtung S vorauseilenden Schneide mit der Maßgabe gewählt, dass der Spanwinkel umso größer ist, je größer der Teilungswinkel φ₁, φ₂, φ₃ bzw. φ₄ ist. Daher sind – wie gut in 2 zu erkennen ist – der Spanwinkel γ₂ der Schneide 2'' und der Spanwinkel γ₄ der Schneide 2'''' deutlich größer als der Spanwinkel y₁ der Schneide 2' und der Spanwinkel γ₃ der Schneide 2'''.
Da die Schneiden 2'' und 2'''' infolge der weiter entfernt vorauseilenden Schneiden 2''' bzw. 2' mehr Spanabtragsleistung erbringen müssen, wird dies durch die hier größer gewählten Spanwinkel unterstützt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Spanwinkel positiv, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss.
Um eine möglichst große Schnittleistung zu erreichen, werden am Werkzeug 1 vorzugsweise so viele Schneiden angeordnet wie fertigungstechnisch und von der Geometrie und Spanform (z.B. Werkstoff langspanend oder kurzspanend) und Spanabfuhr her möglich.
Dabei kann wie folgt vorgegangen werden:
Es wird zunächst eine Schneidenzahl n ≥ 3 festgelegt, vorzugsweise eine gerade Anzahl n von Schneiden, also n = 2m mit der natürlichen Zahl m ≥ 2. Die Schneidenzahl wird im Allgemeinen abhängig von der zur Verfügung stehenden Umfangslänge U des Werkzeugs, die von dem Durchmesser d, insbesondere des Grundteils 3, abhängt, bei einem zylindrischen Grundteil gemäß U = π d. Vorzugsweise wird die Schneidenzahl n proportional zum Durchmesser d des Werkzeugs gewählt. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Schneidenzahl n dem Zahlenwert des Durchmessers d des Werkzeugs oder Grundteils 3 in der Maßeinheit Millimeter (mm) entspricht, also n = 6 Schneiden bei d = 6 mm, n = 8 Schneiden bei d = 8 mm, usw.
Dann wird zunächst von einer gleichmäßigen Teilung oder äquidistanten Anordnung dieser n Schneiden ausgegangen, also einem einheitlichen Teilungswinkel von 360°/n.
Ausgehend von dem einheitlichen Teilungswinkel wird ein empirisch bestimmter Abweichwinkel hinzuaddiert für den größeren Teilungswinkel und subtrahiert für den kleineren Teilungswinkel. Benachbarte Schneiden werden nun paarweise unter dem kleinen Teilungswinkel und entsprechend zwischen diesen Paaren von Schneiden unter dem großen Teilungswinkel beabstandet, so dass eine alternierende Anordnung der Schneiden entsteht, bei der sich immer der große Teilungswinkel und der kleine Teilungswinkel abwechseln.
Schließlich wird abhängig von den gewählten verschiedenen Teilungswinkeln der Spanwinkel der Schneiden unterschiedlich gewählt derart, dass an einer Schneide bei größerem Teilungswinkel zur vorhergehenden Schneide ein größerer Spanwinkel erzeugt wird, woraus dann vorzugsweise zwei verschiedene Spanwinkelwerte für die n Schneiden resultieren.
Beispielsweise kann man mit diesen Regeln die Schneidenzahl und die Teilungswinkel und Spanwinkel wie folgt einstellen:

• bei n = 6 Schneiden von dem einheitlichen Teilungswinkel 360°/6 = 60° ausgehend mit einem Abweichwinkel von 10° einen ersten Teilungswinkel von 50° und einen zugehörigen Spanwinkel von +5° sowie einen zweiten Teilungswinkel von 70° und einen zugehörigen Spanwinkel von +10°,
• bei n = 8 Schneiden mit einem einheitlichen Teilungswinkel von 360°/8 = 45° mit einem Abweichwinkel von 5° einen ersten Teilungswinkel von 40° und einen zugehörigen Spanwinkel von +5° sowie einen zweiten Teilungswinkel von 50° und einen zugehörigen Spanwinkel von +10°,
• bei n = 10 Schneiden mit einem einheitlichen Teilungswinkel von 360°/10 = 36° mit einem Abweichwinkel von 5° einen ersten Teilungswinkel von 31° und einen zugehörigen Spanwinkel von +5° sowie einen zweiten Teilungswinkel von 41° und einen zugehörigen Spanwinkel von +10°,
• bei n = 12 Schneiden mit einem einheitlichen Teilungswinkel von 360°/12 = 30° mit einem Abweichwinkel von 5° einen ersten Teilungswinkel von 25° und einen zugehörigen Spanwinkel von +5° sowie einen zweiten Teilungswinkel von 35° und einen zugehörigen Spanwinkel von +10° und
• bei n = 16 Schneiden mit einem einheitlichen Teilungswinkel von 360°/16 = 45° mit einem Abweichwinkel von 5° einen ersten Teilungswinkel von 40° und einen zugehörigen Spanwinkel von +5° und einen zweiten Teilungswinkel von 50° und einen zugehörigen Spanwinkel von +10°.

Bei dem in 3 bis 5 dargestellten Werkzeug 1 kommen insgesamt zehn Schneiden 11 bis 20 zum Einsatz, die über den Umfang 4 des Grundteils 3 beabstandet oder verteilt angeordnet sind.
Die Schneiden 11 bis 20 sind jeweils in zwei verschiedenen Teilungswinkeln zueinander angeordnet, nämlich in einem großen Teilungswinkel φ_g zwischen den Schneiden 13 und 12, 15 und 14, 17 und 16, 19 und 18 und 11 und 20, und in einem kleinen Teilungswinkel φ_k zwischen den Schneiden 12 und 11, 14 und 13, 16 und 15, 18 und 17 und 20 und 19. Dabei wechseln sich die beiden Teilungswinkel φ_g und φ_k alternierend über den Umfang ab. Hierdurch wird die Anregung von Resonanzschwingungen in vorteilhafter Weise erschwert. Man kann sich das so vorstellen, dass jedem Teilungswinkel eine Schwingungsresonanzfrequenz zuordenbar ist und bei der Interferenz der von den unter den unterschiedlichen Teilungswinkeln angeordneten Schneiden angeregten Schwingungen sich diese teilweise auslöschen und nicht zu einer gemeinsamen Resonanz bei nur einer Resonanzfrequenz führen wie bei einem einheitlichen Teilungswinkel. Konkret sind in diesem Ausführungsbeispiel ein großer Teilungswinkel φ_g von 41° und ein kleiner Teilungswinkel φ_k von 31° vorgesehen.
Die Schneiden 12, 14, 16, 18 und 20 sind jeweils mit einem großen Spanwinkel γ_g und die Schneiden 11, 13, 15, 17 und 19 mit einem kleinen Spanwinkel γ_k versehen, mit der Maßgabe, dass im Falle eines in Drehrichtung D um die Drehachse 9 und damit in Schnittrichtung S vorausgehenden großen Teilungswinkel der große Spanwinkel vorgesehen ist und entsprechend umgekehrt.
Konkret kann vorgesehen werden, dass der große Spanwinkel γ_g einen Wert aus einem Bereich von 2° bis 20°, insbesondere in 3 den Wert von 10°, annimmt, während für den kleinen Spanwinkel γ_k ein Wert aus einem Bereich von –5° bis 5°, in 3 der Wert 0°, möglich ist. Die Fertigungsgenauigkeit der Spanwinkeleinstellung kann dabei auf ± 1° angenommen werden.
In 3 ist der Außenradius des Werkzeugs 1, der dem radialen Abstand der Schneiden 11 bis 20 von der Drehachse 9 entspricht, mit r₃ bezeichnet und der Außendurchmesser mit d, wobei d = 2 r₃. Vor den Schneiden 11, 13, 15, 17 und 19 mit den kleineren Teilungswinkeln φ_k zu den vorhergehenden Schneiden 12, 14, 16, 18 bzw. 20 sind jeweils kleinere Spanräume V_k gebildet und vor den Schneiden 12, 14, 16, 18 und 20 mit den größeren Teilungswinkeln φ_g zu den vorhergehenden Schneiden 13, 15, 17, 19 bzw. 11 sind jeweils größere Spanräume V_g gebildet. Der Innenradius der kleineren Spanräume V_k, die der deren radialen Abstand von der Drehachse 9 entspricht, ist mit r₂ bezeichnet und der Innenradius der größeren Spanräume V_g, der deren radi alen Abstand von der Drehachse 9 entspricht, mit r₁. Es gilt r₃ > r₂ > r₁. Somit sind die größeren Spanräume V_g nicht nur entlang des Umfangs aufgrund der größeren Teilungswinkel φ_g zu den vorhergehenden Schneiden 12, 14, 16, 18 bzw. 20, sondern sind auch tiefer ausgebildet oder ragen radial weiter in das Grundteil 3 als die kleineren Spanräume V_k.
Eine bevorzugten Ausführung des in 3 nur hinsichtlich der Schneiden dargestellten Werkzeugs ist in 4 und 5 gezeigt. An einem zylindrischen Grundteil 3 ist in einem vorderen Bereich ein Arbeitsbereich 30 erzeugt und im hinteren Bereich ein zylindrischer Schaftbereich 31 zum Einspannen in eine Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine ausgebildet. Im Arbeitsbereich 30 ist eine der Anzahl n der Schneiden 11 bis 20 entsprechende Zahl von parallel zueinander spiralig oder schraubenförmig verlaufenden nach außen ragenden Spiralstegen 70 ausgebildet, die durch entsprechende Spiralnuten 7A und 7B voneinander getrennt sind. Die Spiralstege 70 und die Spiralnuten 7A und 7B münden jeweils an der Stirnseite oder dem freien Ende des Grundteils 3 und dessen Arbeitsbereichs 30. Die Spiralnuten 7A münden dabei in den größeren Spanräumen V_g und die Spiralnuten 7B münden in den kleineren Spanräumen V_k an dem freien Ende oder der freien Stirnseite des Grundteils 3 sowie des Arbeitsbereichs 30. Zur Bildung der Spanräume V_k und V_g sind an den Spiralnuten 7A und 7B jeweils vergleichsweise flache Anschnitte oder Anschliffe 41 bei den Spiralnuten 7A und 42 bei den Spiralnuten 7B bzw, insbesondere Planfasen, die unter einem geringeren Winkel als der Steigungswinkel der Spiralnuten 7A und 7B gerichtet sind, einerseits und an den Spiralstegen 70 in die Spiralnuten 7A bzw. 7B hineinreichende steile Anschliffe 43 bei den Spiralnuten 7A und 44 bei den Spiralnuten 7B ausgebildet. An den Enden der Spiralstege 70 sind unter einem Stirnfreiwinkel α_s zur zur Werkzeugachse 9 senkrechten Stirnebene gerichtete Planfasen 40 (oder flache Anschnitte oder Anschliffe) ausgebildet. Typischerweise liegt α_s zwischen 0° und 12°, im dargestellten Beispiel bei 10°.
Die Schnittkanten der Planfasen 40 mit den Anschliffen 43 bzw. 44 definieren die Schneiden 11 bis 20. Die Planfasen 40 bilden somit die Freiflächen und die Anschliffe 43 und 44 die Spanflächen. Durch die Planfasen 40 sind die Schneiden 11 bis 20 an den Spiralstegen 70 weiter zurückversetzt und definierter ausgebildet. In den äußeren Bereichen laufen die Planfasen 40 in den äußeren Rand der Spiralstege 70 aus.
Die Schneiden 11 bis 20 können auch mit einer Kanten- oder Eckenrundung oder Kanten- oder Eckenfase versehen sein zur Erhöhung ihrer Stabilität. Eine solche Rundung entsteht beispielsweise schon bei einer Beschichtung der Schneiden 11 bis 20 mit einem Hartstoff oder Verschleißschutz, kann aber auch durch eine zusätzliche Schleifbearbeitung erzeugt werden.

1: Werkzeug (Fräser, Schaftfräser)
2: Schneide
2', 2'': Schneide
2''', 2'''': Schneide
3: Grundteil
4: Umfang des Grundteils
5: Schnittkante
5', 5'': Schnittkante
5''', 5'''': Schnittkante
6: Stirnseite des Schaftfräsers
7A, 7B: spiralförmige Nut
8: Material
9: Drehachse
11 bis 20: Schneide
30: Arbeitsbereich
31: Schaftbereich
40: Fase
41, 42: Anschliff
43, 44: Anschliff
50: Spanfläche
51: Freifläche
53: Spanraum
70: Spiralsteg
S: Schnittrichtung
γ: Spanwinkel
γ₁, γ₂, γ₃, γ₄: Spanwinkel
γ_g: großer Spanwinkel
γ_k: kleiner Spanwinkel
φ₁, φ₂, φ₃, φ₄: Teilungswinkel
φ_g: großer Teilungswinkel
φ_k: kleiner Teilungswinkel
α: Freiwinkel
β: Keilwinkel
α_s: Stirnfreiwinkel
N: Oberflächennormale
δ: Schnittwinkel
r₁, r₂, r₃: Radius
V_g: großer Spanraum
V_k: kleiner Spanraum

Claims

Fräswerkzeug (1), mit a) einem Grundteil (3) und b) wenigstens drei Schneiden (2', 2'', 2''', 2''''), die unter jeweils einem Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) angeordnet sind, c) wobei das Grundteil (3) während eines Arbeitsvorganges die Schneiden in eine Schnittrichtung (S) bewegt, d) wobei zumindest drei der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') in ungleichem Abstand zueinander angeordnet sind, e) wobei der Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) zumindest eines Teils der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') in Abhängigkeit des Abstands zwischen der Schneide (2', 2'', 2''', 2'''') und der in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide festgelegt ist, und f) wobei die Festlegung des Spanwinkels (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) einer Schneide (2', 2'', 2''', 2'''') mit der Maßgabe erfolgt, dass der Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) mit zunehmendem Abstand zur in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide größer wird.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1, bei dem der Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) aller Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') in Abhängigkeit des Abstands zwischen der Schneide (2', 2'', 2''', 2'''') und der in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide festgelegt ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) aller Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') positiv ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der größte Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') positiv ist und der kleinste Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') Null oder negativ ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der größte Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') positiv oder Null ist und der kleinste Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') negativ ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem sämtliche Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') negativ sind.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄) der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') zwischen –30° und +30° liegen.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneiden (11 bis 20) in zwei verschiedenen Abständen (φ_g, φ_k) zueinander angeordnet sind.
Fräswerkzeug nach Anspruch 8, bei dem die Schneiden (11 bis 20) alternierend unter den beiden Abständen (φ_g, φ_k) angeordnet sind oder die beiden Abstände einander in der Reihenfolge der Schneiden abwechseln.
Fräswerkzeug nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem die Schneiden (11 bis 20) unter zwei verschiedenen Spanwinkeln (γ_g, γ_k) angeordnet sind, wobei eine Schneide (11), die unter dem größeren (φ_g) der beiden Abstände zur in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide (12) angeordnet ist, den größeren (γ_g) der beiden Spanwinkel (γ_g, γ_k) aufweist und entsprechend eine Schneide (12), die unter dem kleineren (φ_k) der beiden Abstände zur in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide (13) angeordnet ist, den kleineren (γ_k) der beiden Spanwinkel (γ_g, γ_k) aufweist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 10, bei dem der größere Spanwinkel (γ_g) um wenigstens 3°, vorzugsweise wenigstens 5°, größer ist als der kleinere Spanwinkel (γ_k).
Fräswerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, bei dem vor den Schneiden (11, 13, 15, 17, 19) mit kleinerem Abstand (φ_k) zu den vorhergehenden Schneiden (12, 14, 16, 18, 20) kleinere Spanräume (V_k) gebildet sind, die kleiner sind als die vor den Schneiden (12, 14, 16, 18, 20) mit größerem Abstand (φ_g) zu den vorhergehenden Schneiden (13, 15, 17, 19, 11) gebildeten größeren Spanräume (V_g).
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit einer durch das Grundteil verlaufenden, insbesondere eine Hauptträgheitsachse des Fräswerkzeugs (1) bildende, Werkzeugachse (9), um die das Fräswerkzeug (1) während eines Arbeitsvorgangs drehbar ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 13 und Anspruch 12, bei dem der radiale Abstand (r₂) der kleineren Spanräume (V_k) von der Werkzeugachse (9) größer ist als der radiale Abstand (r₁) der größeren Spanräume (V_g).
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem a) die Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''', 11 bis 20) um das Grundteil (3) herum angeordnet sind und b) die Abstände der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''', 11 bis 20) zueinander durch Teilungswinkel (φ₁, φ₂, φ₃, φ₄, φ_k, φ_g), insbesondere bezüglich der Werkzeugachse (9), definiert sind und c) bei dem der Spanwinkel (γ₁, γ₂, γ₃, γ₄, γ_k, γ_g) wenigstens einer oder jeder Schneide (2', 2'', 2''', 2'''', 11 bis 20) in Abhängigkeit des Teilungswinkels (φ₁, φ₂, φ₃, φ₄, φ_k, φ_g) zu der in Schnittrichtung (S) vorhergehenden Schneide festgelegt ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Schneiden (11 bis 20) in zwei unterschiedlichen Teilungswinkeln (φ_g, φ_k) vorzugsweise alternierend aufeinander folgend, angeordnet sind.
Fräswerkzeug nach Anspruch 16, bei dem die Differenz zwischen dem größeren (φ_k) der beiden Teilungswinkel (φ_g, φ_k) und dem kleineren (φ_k) der beiden Teilungswinkel (φ_g, φ_k) wenigstens 5°, insbesondere wenigstens 10°, beträgt.
Fräswerkzeug nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, bei dem der größere (φ_g) der beiden Teilungswinkel (φ_g, φ_k) sich durch Addition eines gleichmäßigen Teilungswinkels, der 360° dividiert durch die Anzahl der Schneiden entspricht, mit einem vorgegebenen Abweichwinkel ergibt und der kleinere (φ_k) der beiden Teilungswinkel (φ_g, φ_k) sich durch Subtraktion des vorgegebenen Abweichwinkels von dem gleichmäßigen Teilungswinkel ergibt.
Fräswerkzeug nach Anspruch 18, bei der der Abweichwinkel zwischen etwa 4° und etwa 20°, vorzugsweise zwischen 4° und 15°, gewählt ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem die Teilungswinkel (φ₁, φ₂, φ₃, φ₄, φ_k, φ_g) aus einem Bereich von 8° bis 100° oder von 15° bis 80° gewählt sind.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl der Schneiden (11 bis 20) so groß wie möglich gewählt ist, abhängig von den zur Verfügung stehenden Abmessungen des Fräswerkzeugs (1), insbesondere der zur Verfügung stehenden Umfangslänge, der Fertigungstechnik und dem Spanverhalten und/oder der Zähigkeit des Werkstoffs.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl der Schneiden (11 bis 20) proportional zu einem Durchmesser des Fräswerkzeugs (1) gewählt ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 22, bei dem die Anzahl der Schneiden (11 bis 20) dem Zahlenwert des Durchmessers des Fräswerkzeugs (1) oder des Grundteils (3) in der Maßeinheit Millimeter (mm) entspricht.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl der Schneiden (11 bis 20) gerade ist.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl der Schneiden (11 bis 20) zwischen 4 und 36 gewählt ist.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') Schlichtschneiden sind.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Freiwinkel (α) der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') zwischen 0° und 25°, vorzugsweise zwischen 5° und 10°, liegt.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, das ein Schaftfräser ist.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneiden Schneide (2', 2'', 2''', 2'''', 11 bis 20) an einer Stirnseite (6) und/oder am Umfang (4) des Grundteils (3) angeordnet sind.
Fräswerkzeug nach Anspruch 29, bei dem die an der Stirnseite (6) angeordneten Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') einen Stirnfreiwinkel (α_s) aufweisen, der vorzugsweise zwischen 0° und 12° liegt.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, das rechtsschneidend ausgebildet ist.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, das im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, insbesondere die Werkzeugachse (9) umlaufende, Spiralstege (70) und zwischen den Spiralstegen (70) spiralförmige Nuten (7A und 7B) aufweist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 32, wobei die Spiralstege (70) an ihren Enden jeweils eine der Schneiden (11 bis 20) aufweisen.
Fräswerkzeug nach Anspruch 32 oder Anspruch 33 und nach Anspruch 12, bei dem ein Teil der Spiralnuten (7A) in den größeren Spanräumen (V_s) münden und ein anderer Teil der Spiralnuten (7B) in den kleineren Spanräumen (V_k) münden, insbesondere an dem freien Ende oder der freien Stirnseite des Grundteils (3) oder des Fräswerkzeugs (1).
Fräswerkzeug nach Anspruch 34, bei dem ein Teilbereich der Spanräume (V_k und V_g) durch an den Spiralnuten (7A und 7B) vorgesehene Anschliffe oder Fasen (41 und 42), die vorzugsweise unter einem geringeren oder flacheren Winkel als der Steigungswinkel der Spiralnuten (7A und 7B) gerichtet sind, begrenzt ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 34 oder Anspruch 35, bei dem ein Teilbereich der Spanräume (V_k und V_g) durch an den Spiralstegen (70) vorgesehene in die Spiralnuten (7A und 7B) ragende Anschliffe (43 und 44), die vorzugsweise unter einem steileren Winkel als der Steigungswinkel der Spiralnuten (7A und 7B) gerichtet sind und/oder Spanflächen bilden, begrenzt ist.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 32 bis 36, bei dem an den Enden der Spiralstege (70), vorzugsweise unter einem Stirnfreiwinkel (α_s) gerichtete Planfasen (40) ausgebildet sind, die Freiflächen bilden.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 32 bis 37, bei dem der Spiralwinkel oder Steigungswinkel der Spiralstege (70) und/oder Spiralnuten (7A, 7B) zwischen 40° und 55° liegt.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneiden (11 bis 20) mit einer Kanten- oder Eckenrundung oder Kanten- oder Eckenfase versehen sind.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest die Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') eine Hartstoff- und/oder Verschleißschutzbeschichtung aufweisen.
Fräswerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') einstückig am Grundteil (3) ausgebildet oder aus dem Material, insbesondere durch Materialabtrag wie Schleifen, des Grundteils erzeugt sind.
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 40, bei dem wenigstens ein Teil der Schneiden (2', 2'', 2''', 2'''') an wenigstens einem vorgefertigten Teil, vorzugsweise jeweils einem zugehörigen vorgefertigten Teil, ausgebildet sind und das oder jedes vorgefertigte Teil am Grundteil (3) lösbar oder unlösbar befestigt ist.