DE102005043842A1

DE102005043842A1 - Kugel- oder Torusfräser

Info

Publication number: DE102005043842A1
Application number: DE200510043842
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Glimpel; Hans-Jörg Licha; Andreas Bremstahler
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: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: DE102005043842B4; JP2007075992A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugel- oder Torusfräser (2), DOLLAR A a) umfassend wenigstens einen um eine Werkzeuglängsachse (A), die insbesondere eine Hauptträgheitsachse des Werkzeugs (2) bildet, drehbaren oder drehenden, an einer Stirnseite (3) des Fräsers (2) ausgebildeten Arbeitsbereich (4), an dem Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) ausgebildet sind, insbesondere in einer Arbeitsdrehrichtung (D) wirksame Schrupp- und/oder Schlichtschneiden, DOLLAR A b) wobei die Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) durch Nuten (7, 7a, 7b) voneinander getrennt sind, DOLLAR A c) wobei die Nuten (7, 7a, 7b) einen zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildeten Nutboden (8), der eine Nutbodengerade (9) definiert, aufweisen, DOLLAR A d) wobei ein Stirnlückenwinkel (lambda, lambda¶1¶, lambda¶2¶) einer Nut (7, 7a, 7b) definiert ist als der Neigungswinkel der Nutbodengeraden (9) zu einer zur Werkzeuglängsachse (A) vertikalen Ebene (E), DOLLAR A e) wobei der Stirnlückenwinkel (lambda, lambda¶1¶, lambda¶2¶) mindestens einer Nut (7, 7a, 7b), insbesondere aller Nuten (7, 7a, 7b), kleiner als 60 DEG ist. DOLLAR A Bei diesem Kugel- oder Torusfräser können mehr als sechs Arbeitsschneiden ausgebildet sein. DOLLAR A Ferner wird ein Verfahren zur fräsenden Bearbeitung einer Werkstückoberfläche mit einem Kugel- oder Torusfräser (2) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugel- oder Torusfräser. Beide Arten werden häufig auch als Radiusfräser bezeichnet.
Kugel- und Torusfräser sind Schaftfräser, das heißt sie umfassen einen langgestreckten, zylindrischen Körper. Ein Ende dieses Körpers ist als Schaft ausgebildet, der zum Einspannen in eine Werkzeugmaschine bestimmt ist. An einem gegenüberliegendes Ende des Körpers, auch Stirnseite genannt, ist der Arbeitsbereich des Fräsers angeordnet. Der Arbeitsbereich umfasst Schneiden zur Werkstückbearbeitung.
Der Arbeitsbereich ist um eine Werkzeuglängsachse, insbesondere eine Hauptsträgheitsachse des Werkzeugs, drehend oder drehbar ausgebildet.
Kugel- und Torusfräser können als Monoblockwerkzeuge, das heißt einteilige Werkzeuge, oder als Werkzeuge mit Schneidplatten, insbesondere Wendeschneidplatten, ausgebildet sein, das heißt das Werkzeug umfasst einen Trägerkörper und eigene, von dem Trägerkörper abnehmbare und damit austauschbare Schneidkörper. Eine weitere Variante sind Werkzeuge mit eingelöteten Schneiden.
Monoblock-Werkzeuge werden üblicherweise aus HSS (Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl) oder aus HM (Hartmetall) gefertigt.
Kugel- und Torusfräser unterscheiden sich in ihrer Schneidenform. Kugelfräser weisen eine halbkugelförmige Stirn auf, die Schneiden von Kugelfrä sern werden dementsprechend auch als Radiusschneiden bezeichnet. Der Radius entspricht dabei dem halben maximalen Durchmesser des Arbeitsbereichs (maximaler Schneidendurchmesser). Torusfräser weisen eine torische Stirn auf, das heißt die Stirnecken der Schneiden sind mit einem Eckenradius ausgebildet. Dieser Radius ist kleiner als der halbe maximale Durchmesser des Arbeitsbereichs (maximaler Schneidendurchmesser).
Der maximaler Durchmesser des Arbeitsbereichs (maximaler Schneidendurchmesser) liegt bei Kugel- und Torusfräser üblicherweise bei maximal 20 mm, zumeinst bei maximal 16 mm. Als Untergrenze sind durchaus Durchmesser im Bereich von 0,1 mm möglich.
Die Schneiden sind durch Nuten (oder: Lücken) voneinander getrennt. Die Nuten können dabei gedrallt um die Werkzeugachse verlaufen, wobei ein Drallwinkel von 30° üblich ist. Ebenso können die Nuten aber auch ohne Drallwinkel um die Werkzeugachse ausgebildet sein (Drallwinkel = 0°, nicht gedrallte Nut). Derartige Nuten ohne Drallwinkel können derart in das Werkzeug eingeschliffen sein, so dass der Nutboden zumindest im Wesentlichen geradlinig ausgerichtet ist. Der geradlinig Nutboden definiert eine Nutbodengerade, die wiederum einen sogenannten Stirnlückenwinkel zu einer zur Werkzeuglängsachse senkrechten Ebene definiert. Das heißt, die Neigung der Nutbodengeraden aus einer zur Werkzeuglängsachse senkrechten Ebene bildet den Stirnlückenwinkel.
Bekannte Kugel- und Torusfräsern ohne Drallwinkel der Nuten zwischen den Schneiden weisen immer maximal sechs Schneiden auf. Dies ist bedingt durch den gegebenen Aufbau. Der Stirnlückenwinkel ist bei diesen bekannten Kugel- und Torusfräsern einheitlich bei allen Nuten und beträgt 60°, mehr als sechs Schneiden lassen sich bei diesem Stirnlückenwinkel nicht unterbringen. Diese Beschränkung führt dazu, dass die Bandbreite an bereitstellbaren Kugel- und Torusfräsern mit für bestimmte Anwendungen optimierten Eigenschaften entsprechend eingeschränkt ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kugel- oder Torusfräser anzugeben, der die Bandbreite an bereitstellbaren Kugel- und Torusfräsern erhöht. Insbesondere soll der Kugel- oder Torusfräser für bestimmte Anwendungen eine optimierte Werkstückbearbeitung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Vorgeschlagen wird ein Kugel- oder Torusfräser (auch: Radiusfräser),

a) umfassend wenigstens einen um eine Werkzeuglängsachse, die insbesondere eine Hauptträgheitsachse des Werkzeugs bildet, drehbaren oder drehenden, an einer Stirnseite des Fräsers ausgebildeten Arbeitsbereich, an dem Arbeitsschneiden ausgebildet sind, insbesondere in einer Arbeitsdrehrichtung (auch: Schnittrichtung) wirksame Schrupp- und/oder Schlichtschneiden,
b) wobei die Arbeitsschneiden durch Nuten (auch: Lücken) voneinander getrennt sind,
c) wobei die Nuten einen zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildeten Nutboden, der eine Nutbodengerade definiert, aufweisen,
d) wobei ein Stirnlückenwinkel einer Nut definiert ist als der Neigungswinkel der Nutbodengeraden zu einer zur Werkzeuglängsachse vertikalen Ebene,
e) wobei der Stirnlückenwinkel mindestens einer Nut, insbesondere aller Nuten, kleiner als 60° ist.

Insbesondere weisen die Nuten einen zumindest im Wesentlichen vollständig geradlinig ausgebildeten Nutboden auf und/oder sind ohne Drall um die Werkzeugachse ausgebildet. Der Nutboden kann aber auch, insbesondere an einem oder beiden Längsenden der Nut, gekrümmt geformt sein und beispielsweise nur im Mittelbereich geradlinig ausgebildet sein.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass das Vorsehen von kleineren Stirnlückenwinkeln als den aus dem Stand der Technik bekannten 60° die Ausbildung von mehr als sechs Arbeitsschneiden bei Kugel- oder Torusfräser ermöglicht. Mehr Schneiden wiederum ermöglichen eine größere Vorschubgeschwindigkeit des Fräsers. Dies ergibt sich daraus, dass eine entscheidende Größe für den Werkzeugvorschub beim Fräsen der Vorschub pro Schneide (auch: Zahn) ist, d.h. der aufgrund der Arbeitsleistung einer Schneide mögliche Werkzeugvorschub. Bei gleichbleibendem Vorschub pro Schneide führt eine erhöhte Schneidenzahl somit zu einem größeren möglichen Werkzeugvorschub. Die Anzahl der Schneiden ist somit ein entscheidender Parameter für die mit einem Werkzeug erzielbaren Vorschubgeschwindigkeiten und damit für die für eine Werkstückbehandlung erforderliche Bearbeitungszeit.

Die bei den bisher bekannten Kugel- und Torusfräsern aufgrund der Nutgeometrie zwangsläufig gegebene Beschränkung auf maximal sechs Schneiden beschränkt somit die mit dem Werkzeug erreichbare Vorschubgeschwindigkeit. Die Erfindung weicht nun von der bisher üblichen Ausbildung der Nuten durch Vorsehen kleinerer Stirnlückenwinkel ab. Dadurch können Kugel- und Torusfräser mit Eigenschaften bereitgestellt werden, die bei den Kugelfräsern nach dem Stand der Technik nicht möglich sind, beispielsweise Kugelfräser mit mehr als sechs Arbeitsschneiden, die größere Vorschubgeschwindigkeiten und damit entsprechend reduzierte Bearbeitungszeiten ermöglichen. Die Bandbreite an bereitstellbaren Kugel- und Torusfräsern mit für bestimmte Anwendungen optimierten Eigenschaften ist demnach vergrößert.

Ein weitere Vorteil liegt darin, dass geringere Stirnlückenwinkel besser an die angrenzenden Arbeitsschneiden angepasste Nutquerschnittsformen ermöglichen, so dass sich die Schneiden stabiler und damit verschleißfester ausbilden lassen. Konkret hat ein kleinerer Stirnlückenwinkel zur Folge, dass im Vergleich zu größeren Stirnlückenwinkeln mehr Material in Arbeitsdrehrichtung (Schneidrichtung) gesehen hinter der jeweiligen Arbeitsschneide stehen bleibt und die Arbeitsschneide dadurch stabilisiert ist. Gerade dieser Vorteil ermöglicht das Vorsehen, d.h. das Einschleifen, von mehr Arbeitsschneiden als beim Stand der Technik. Bei größeren Stirnlückenwinkeln hingegen bleibt weniger Material hinter den Arbeitsschneiden stehen, d.h. es kann nur eine geringere Arbeitsschneidenzahl eingeschliffen werden. Beispielsweise können bei einem Stirnlückenwinkel von ca. 60° und bei einem Werkzeugdurchmesser von 10 mm maximal fünf Arbeitsschneiden mit ausreichender Stabilität eingeschliffen werden. Bei gleichem Werkzeugdurchmesser lassen sich jedoch beim Kugelfräser bei Stirnlückenwinkeln von 45° und 55° und beim Torusfräser bei Stirnlückenwinkeln von 35° und 40° problemlos acht Arbeitsschneiden mit ausreichender Stabilität ausbilden.

Als Vorteil von mehr Arbeitsschneiden lässt sich ferner anführen, dass dadurch die gesamte Fräsarbeit auf mehr Schneiden verteilt wird, das heißt der Verschleiß der einzelnen Schneiden bei gleicher Gesamtfräsarbeit mit dem Werkzeug ist reduziert und damit die Lebensdauer des Werkzeugs entsprechend erhöht.

Eine Weiterbildung sieht von, dass die Stirnlückenwinkel, die gemäß der Erfindung kleiner 60° sind, im Bereich von 20° bis 59° liegen, insbesondere im Bereich von 30° bis 57°, vorzugsweise beim Kugelfräser im Bereich von 43° bis 57° und beim Torusfräser im Bereich von 33° bis 42°. Derartige Stirnlückenwinkel ermöglichen die Ausbildung von mehr als sechs Arbeitsschneiden.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Stirnlückenwinkel der Nuten wenigstens zwei unterschiedliche Werte auf, insbesondere weisen erste Nuten einen ersten Stirnlückenwinkel und zweite Nuten einen vom ersten Stirnlückenwinkel verschiedenen zweiten Stirnlückenwinkel auf. Dadurch lassen sich für die jeweils angrenzende Arbeitsschneide hinsichtlich Schneidenstabilität und damit auch Schneidenverschleiß optimierte Nutformen mit möglichst geringem Platzbedarf vorsehen.

Bevorzugt liegt beim Kugelfräser der erste Stirnlückenwinkel zwischen 40° und 50°, insbesondere bei etwas 45°, und der zweite Stirnlückenwinkel zwischen 51° und 59°, insbesondere bei etwa 55°. Beim Torusfräser liegt der erste Stirnlückenwinkel bevorzugt zwischen 30° und 40°, insbesondere bei etwas 35°, und der zweite Stirnlückenwinkel zwischen 35° und 45°, insbesondere bei etwa 40°. Dadurch ist die Ausbildung von jeweils acht Arbeitsschneiden problemlos möglich.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst mit den Merkmalen nach Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Vorgeschlagen wird hierbei ein Kugel- oder Torusfräser (auch: Radiusfräser),

a) umfassend wenigstens einen um eine Werkzeuglängsachse, die insbesondere eine Hauptträgheitsachse des Werkzeugs bildet, drehbaren oder drehenden, an einer Stirnseite des Fräsers ausgebildeten Arbeitsbereich, an dem Arbeitsschneiden ausgebildet sind, insbesondere in einer Arbeitsdrehrichtung wirksame Schrupp- und/oder Schlichtschneiden,
b) wobei die Arbeitsschneiden durch Nuten voneinander getrennt sind,
c) wobei die Nuten einen zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildeten Nutboden, der eine Nutbodengerade definiert, aufweisen,
d) wobei ein Stirnlückenwinkel einer Nut definiert ist als der Neigungswinkel der Nutbodengeraden zu einer zur Werkzeuglängsachse vertikalen Ebene,
e) wobei mehr als sechs Arbeitsschneiden ausgebildet sind.

Die Vorteile dieses Kugel- oder Torusfräsers ergeben sich aus den vorstehenden Darlegungen. Bevorzugt ist dieser Kugel- oder Torusfräser entsprechend den obenstehenden Ausführungen, insbesondere betreffenden den Stirnlückenwinkel, ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, bei Kugel- oder Torusfräsern, die keine Nuten mit zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildetem Nutboden aufweisen, sondern beispielsweise Nuten mit Drall um die Werkzeuglängsachse und/oder mit vollständig gekrümmtem Nutboden, mehr als sechs Arbeitsschneiden auszubilden.

Gemäß einer Weiterbildung sind sieben oder acht oder neun oder zehn Arbeitsschneiden am Werkzeug ausgebildet.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass mindestens eine, insbesondere zwei, vorzugsweise zwei einander im Wesentlichen gegenüberliegende erste Arbeitsschneiden über die Werkzeugmitte hinweg ausgebildet sind (mit anderen Worten: diese Schneiden sind über die Mitte des Kugel- oder Torusfräsers ausgebildet bzw. geschliffen) und die übrigen Arbeitsschneiden als zweite Arbeitsschneiden (auch: Nebenschneiden) nicht über die Werkzeugmitte hinweg ausgebildet sind. Die Werkzeugmitte ist dabei eine die Werkzeuglängsachse enthaltende Ebene, die senkrecht zur im Bezug zur Werkzeugachse radialen Orientierung der entgegen der Arbeitsdrehrichtung an die jeweilige Nut angrenzenden Arbeitsschneide ausgerichtet ist. Diese Werkzeugmitte-Ebenen unterscheiden sich somit von Nut zu Nut.

Zweckmäßigerweise weisen die an die ersten Arbeitsschneiden in Arbeitsdrehrichtung angrenzenden Nuten (d.h. die in Arbeitsrichtung vor den Arbeitsschneiden liegenden Nuten) einen kleineren Stirnlückenwinkel auf als die an die zweiten Arbeitsschneiden in Arbeitsdrehrichtung angrenzenden Nuten. Diese Weiterbildung ist sinnvoll, da die an die ersten Arbeitsschneiden in Arbeitsdrehrichtung angrenzenden Nuten aufgrund der Ausbildung über die Werkzeugmitte hinweg (sowohl der ersten Arbeitsschneiden als auch der diesen in Arbeitsdrehrichtung vorausgehenden Nuten) tiefer in das Werkzeug eingeschliffen werden müssen und der dadurch erforderliche höhere Materialabtrag durch einen geringern Stirnlückenwinkel zumindest teilweise ausgeglichen werden kann. Dadurch lässt sich die gewünschte bzw. erforderliche Stabilität der ersten Arbeitsschneiden auch bei Einschleifen von mehr Arbeitsschneiden als beim Stand der Technik erreichen. Bei den zweiten Arbeitsschneiden ist hierfür ein größerer Stirnlückenwinkel ausrei chend bzw. für die Ausbildung geeigneter Schneiden und dazugehöriger Spanabfuhrräume sogar erforderlich.

Zweckmäßigerweise sind die in Arbeitsdrehrichtung an die ersten Arbeitsschneiden angrenzenden Nuten die vorgenannten ersten Nuten und die in Arbeitsdrehrichtung an die zweiten Arbeitsschneiden angrenzenden Nuten die vorgenannten zweiten Nuten. Das Werkzeug weist demnach genau zwei Arten von Nuten auf, erste und zweite Nuten. Die in Arbeitsdrehrichtung vor den ersten Arbeitsschneiden liegenden ersten Nuten weisen den ersten Stirnlückenwinkel auf, die in Arbeitsdrehrichtung vor den zweiten Arbeitsschneiden liegenden zweiten Nuten weisen den zweiten Stirnlückenwinkel auf. Die ersten Arbeitsschneiden und die dazugehörigen ersten Nuten sind über die Werkzeugmitte hinweg ausgebildet, insbesondere geschliffen, die zweiten Arbeitsschneiden und die zweiten Nuten hingegen nicht.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des Kugel- oder Torusfräsers nach der Erfindung ist vorgesehen, dass

a) jede Arbeitsschneide in Arbeitsdrehrichtung (Schnittrichtung) eine Arbeitsflanke und auf einer der Arbeitsflanke gegenüberliegenden Seite einen Schneidenrücken aufweist, und
b) die Arbeitsflanke eine Seitenfläche der an die Arbeitsschneide angrenzenden Nut bildet und/oder in die Seitenfläche der Nut übergeht.

Hinsichtlich der Werkzeugherstellung bedeutet dies, dass die Arbeitsschneiden vor allem durch Einschleifen der Nuten in das Werkzeug gebildet werden.

Bei einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform führt dies dazu, dass die Schneidenrücken der ersten Arbeitsschneiden, die über die Werkzeugmitte hinweg ausgebildet sind, ineinander übergehen und einen durchgehenden Steg bilden. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Steg im Übergangsbereich der ersten Arbeitsscheiden eine insbesondere zweiteilige Querschneide aufweist, die insbesondere die Werkzeug längsachse schneidet und deren beide Teile vorzugsweise im Wesentlichen punktsymmetrisch zur Werkzeuglängsachse ausgebildet sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, derartige Querschneiden unabhängig von den vorstehenden Werkzeugmerkmalen auch bei herkömmlichen Werkzeugen gemäß dem Stand der Technik, die einen vergleichbaren Steg aufweisen, vorzusehen. Durch derartige Querschneiden an der Werkzeugspitze lässt sich der ansonsten im Übergangsbereich des Stegs auftretende starke Reibverschleiß zumindest weitestgehend verhindern, wodurch sind insgesamt die Arbeitsqualität und/oder die Standzeit des Werkzeugs erhöht.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass wenigstens eine, insbesondere mehrere oder alle zweiten Arbeitsschneiden (auch: Nebenschneiden) an der Stirnseite des Fräsers (zur Werkzeugspitze bzw. Werkzeugmitte bzw. Werkzeuglängsachse hin) eine Abflachung aufweisen. Gemäß einer Ausführungsvariante definiert die Abflachung einen Abflachungswinkel zwischen der Abflachung auf der einen Seite und der Werkzeugmittelachse und/oder einer Parallelen zur Werkzeugmittelachse durch die Abflachung auf der anderen Seite, der zwischen 60° und 88°, insbesondere zwischen 75° und 85°, vorzugsweise bei etwa 80° liegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, derartige Abflachungen unabhängig von den vorstehenden Werkzeugmerkmalen auch bei herkömmlichen Werkzeugen gemäß dem Stand der Technik, die vergleichbare Arbeitsschneiden aufweisen, vorzusehen. Eine derartige Abflachung stabilisiert die jeweiligen Arbeitsschneiden. Erfolgt keine Abflachung, so ist die Schneide in ihrem Bereich nahe der Werkzeugspitze bzw. Werkzeugmitte bzw. Werkzeuglängsachse stark anfällig für Materialausbrüche und damit für Werkzeugverschleiß.

Ferner wird ein Verfahren zur fräsenden Bearbeitung einer Werkstückoberfläche mit einem Kugel- oder Torusfräser angegeben, das vorzugsweise für einen Kugel- oder Torusfräser nach den vorstehenden Ausführungen gedacht ist. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein als Winkel zwischen der Werkzeuglängsachse und einer Senkrechten zur Werkstückoberfläche an der zu bearbeitenden Stelle definierter Neigungswinkel des Werk zeugs bei mindestens 5°, insbesondere bei mindestens 10°, vorzugsweise bei mindestens 20° liegt, und/oder zwischen 5° und 40° liegt, insbesondere zwischen 10° und 30°, vorzugsweise bei etwa 20°. Dies bedeutet, der Fräsers ist bei der Bearbeitung schräg gestellt, vorzugsweise um etwa 20° gegenüber der Senkrechten. Selbstverständlich ist mit den Kugel- und Torusfräsern nach der Erfindung aber auch eine klassische Werkstückbearbeitung in senkrechter Stellung zur Werkstückoberfläche (Neigungswinkel = 0°) möglich. Die schräge Werkstückbearbeitung hat jedoch den Vorteil, dass im Vergleich zur senkrechten Bearbeitung mehr Schneiden, bevorzugt sogar alle Schneiden zum Einsatz kommen, wohingegen bei senkrechter oder nahezu senkrechter Werkzeugausrichtung zur Werkstückoberfläche nun wenige Schneiden, beispielsweise nur zwei Schneiden, zum Arbeitseinsatz am Werkstück gelangen.

Insgesamt lassen sich aufgrund der Schneidengeometrie bei Kugel- und Torusfräser nur zwei über Mitte bzw. bis zur Mitte schneidende Arbeitsschneiden ausbilden. Hinzu kommt gegebenenfalls, dass durch die Abflachung der zweiten Arbeitsschneiden (auch: Nebenschneiden) planare Flächen auf dem Werkzeugscheitel, beispielsweise zwei planare Flächen, entstehen. Bei senkrechter Werkzeugstellung und in der Regel sogar bei einer Werkzeugneigung bis hin zu 20° kommen nun die beiden ersten Arbeitsschneiden zum Anbeitseinsatz am Werkstück. Die Vorteile von möglichst vielen Arbeitsschneiden ließen sich somit überhaupt nicht nutzen. Der Torus- oder Kugelfräser sollte daher mit mindestens 20° Neigungswinkel eingesetzt werden. Ab dieser Schrägstellung kommen dann alle Arbeitsschneiden zum Einsatz, so dass die Vorteile des Werkzeugs nach der Erfindung auch zur Geltung kommen.

Geht man beispielsweise von einem Werkzeugvorschub von 0,05 mm pro Arbeitsschneide aus, ergibt sich bei lediglich zwei wirksamen Schneiden (z.B. bei senkrechter oder nahezu senkrechter Werkzeugstellung) ein Vorschub von lediglich 0,10 mm pro Werkzeugumdrehung. Bei acht arbeitenden Schneiden (beispielsweise ab 20° Neigung des Werkzeugs) hingegen ergibt sich ein Vorschub von 0,40 mm pro Werkzeugumdrehung, was entsprechend reduzierte Bearbeitungszeiten mit sich bringt. Hinzu kommt, dass der Ar beitseinsatz von lediglich zwei Schneiden einen erhöhten Verschleiß dieser Schneiden mit sich bringt, da diese die gesamte Fräsarbeit verrichten müssen. Dadurch ist die Lebensdauer des Werkzeugs insgesamt erheblich reduziert. Eine Schrägstellung des Werkzeugs bringt somit eine Erhöhung der Lebensdauer des Werkzeugs mit sich.

Ergänzend sei angemerkt, dass die Arbeitsschneiden des Werkzeugs gemäß der Erfindung eine gleiche oder ungleiche Teilung (d.h. gleichen oder ungleichen Teilungswinkel) aufweisen können. Die ungleiche Teilung hat den Vorteil, dass ein gegebenenfalls bei gleicher Teilung mögliches Rattern des Werkzeugs vermieden wird. Auch der Spanwinkel der Arbeitsschneiden kann für alle Schneiden gleich oder auch unterschiedlich gewählt werden.

Üblicherweise ist der Kugel- oder Torusfräser rechtsschneidend ausgebildet, es ist aber auch eine linksschneidende Ausbildung möglich.

Bei dem Kugel- oder Torusfräser nach der Erfindung handelt es sich bevorzugt um ein Monoblockwerkzeug. In diesem Fall sind die Arbeitsschneiden einstückig zumindest mit dem Arbeitsbereich bzw. mit dem gesamten Werkzeug ausgebildet. Bei der Werkzeugherstellung ist es zweckmäßig, die Schneiden durch Materialabtrag, beispielsweise durch Schleifen, zu erzeugen.

Denkbar ist aber auch ein Werkzeug mit Schneidplatten, insbesondere Wendeschneidplatten, oder mit eingelöteten Schneiden.

Der Kugel- oder Torusfräser gemäß der Erfindung ist zweckmäßigerweise aus HM (Hartmetall) und/oder aus HSS (Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl) und/oder Cermet gefertigt. Beispielsweise kann es sich um ein VHM-Werkzeug (Vollhartmetall) handeln.

Zumindest die Schneiden können eine Hartstoff- und/oder Verschleißschutzbeschichtung aufweisen, beispielsweise aus TiAlN.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1 schematisch eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Torusfräsers nach der Erfindung,

2 schematisch eine Draufsicht auf die Stirnseite eines Ausführungsbeispiels eines Torusfräsers nach der Erfindung,

3 schematisch eine Seitenansicht des Arbeitsbereichs eines Ausführungsbeispiels eines Torusfräsers nach der Erfindung,

4 schematisch eine Seitenansicht des Torusfräsers nach 3, im Vergleich zu 3 um die Werkzeuglängsachse gedreht,

5 schematisch eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers nach der Erfindung,

6 schematisch eine Draufsicht auf die Stirnseite eines Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers nach der Erfindung,

7 eine vergrößerte Darstellung des Mittelbereichs aus 6,

8 eine schematisch Darstellung einer Abflachung der zweiten Arbeitsschneiden (Nebenschneiden) bei einem Ausführungsbeispiel eines Kugelfräsers nach der Erfindung,

9 schematisch eine Seitenansicht des Arbeitsbereichs eines Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers nach der Erfindung,

10 schematisch eine Seitenansicht des Kugelfräsers nach 9, im Vergleich zu 9 um die Werkzeuglängsachse gedreht,

11 eine vergrößerte Darstellung des Steges im Übergangsbereich der ersten Arbeitsscheiden bei einem Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers nach der Erfindung, und

12 schematisch eine beispielhafte Darstellung der fräsenden Werkstückbearbeitung nach der Erfindung.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 12 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Torusfräsers 2 nach der Erfindung. Bei dem Fräser 2 handelt es sich um ein Schaftwerkzeug bzw. einen Schaftfräser, d.h. der Torusfräser ist länglich ausgebildet und weist eine Werkzeuglängsachse A auf. An einer der Längsseiten des Torusfräsers 2 ist ein Schaft 6 vorgesehen, über den der Torusfräser 2 an eine Werkzeugmaschine anbringbar ist. Der Torusfräser wird bei Arbeitsbetrieb von der Werkzeugmaschine um seine Werkzeuglängsachse A gedreht. Die Werkzeuglängsachse A ist zur Gewährleistung eines guten Rundlaufs eine Hauptträgheitsachse des Torusfräsers 2. Das in 1 dargestellte Werkzeug 2 ist rechtsdrehend, symbolisch dargestellt durch die Arbeitsdrehrichtung D.
An einer dem Schaft 6 gegenüberliegenden Stirnseite 3 des Torusfräsers 2 ist ein Arbeitsbereich 4 ausgebildet. Der Arbeitsbereich 4 ist ebenfalls, üblicherweise zusammen mit dem gesamten Werkzeug 2, um die Werkzeuglängsachse A drehbar. An dem Arbeitsbereich 4 sind Arbeitsschneiden 5 ausgebildet. Die Arbeitsschneiden 5 sind durch Nuten 7 im Arbeitsbereich 4 des Torusfräsers 2 voneinander getrennt.
Ein Teil des Arbeitsbereichs 4 ist in 1 aufgeschnitten dargestellt. Dadurch wird der Blick auf die Nut 7 ermöglicht, durch die der Teilschnitt verläuft. Die Nut 7 weist einen geradlinig ausgebildeten Nutboden 8 auf, d.h. die Nut 7 ist insbesondere nicht um die Werkzeuglängsachse A gedrallt (Drallwinkel = 0°). Der geradlinige Nutboden 8 definiert eine Nutbodengerade 9. Die Neigung dieser Nutbodengeraden 9 aus einer zur Werkzeuglängsachse A vertikalen Ebene E (in 1 ist der rechte Winkel durch das entsprechende geometrische Zeichen hierfür verdeutlicht) definiert einen Stirnlückenwinkel λ der Nut 7, der hier bei etwa 40° liegt. Der Stirnlückenwinkel λ ist somit deutlich kleiner als der aus dem Stand der Technik bekannten 60°-Winkel.
2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Stirnseite 3 eines Ausführungsbeispiels eines Torusfräsers 2 nach der Erfindung. Zu erkennen sind acht gleichmäßig verteilte Arbeitsschneiden 5 und ebenfalls acht Nuten 7, durch die die Arbeitsschneiden 5 voneinander getrennt sind. Durch die Mitte des Werkzeugs 2, angedeutet durch die Hilfslinien H₁, H₂, geht die Werkzeuglängsachse A hindurch, und zwar senkrecht zur Zeichenebene.
Aus 2 ist ersichtlich, dass das Werkzeug 2 zwei verschiedene Arten von Arbeitsschneiden 5 aufweist, zwei erste Arbeitsschneiden 5a und sechs zweite Arbeitsschneiden 5b. Die beiden ersten Arbeitsschneiden 5a liegen einander gegenüber und sind jeweils über die Werkzeugmitte, die aus ihrer Richtung durch die Hilfslinie H₁ symbolisiert ist, hinweg ausgebildet. Da die Ausbildung der Arbeitsschneiden 5 durch Einschleifen der Nuten 7 erfolgt, sind entsprechend auch die den ersten Arbeitsschneiden 5a in Arbeitsdrehrichtung D vorgelagerten Nuten 7 über die Werkzeugmitte H₁ hinweg ausgebildet (oder: geschliffen). Diese Nuten bilden somit eine erste Art von Nuten 7a (erste Nuten 7a). Die Arbeitsschneiden 7 weisen an ihrer in Arbeitsdrehrichtung D nachfolgenden Seite einen Schneidenrücken 11 auf. Die Schneidenrücken 11 der beiden ersten Arbeitsschneiden 5a gehen dabei ineinander über und bilden einen durchgehenden Steg 12.
Die sechs den zweiten Arbeitsschneiden 5b in Arbeitsdrehrichtung D vorgelagerten Nuten 7 bilden eine zweite Art von Nuten 7b (zweite Nuten 7b). Die zweiten Arbeitsschneiden 5b und die zweiten Nuten 7b sind nicht über die Werkzeugmitte geschliffen.
Da die über die Werkzeugmitte hinweg ausgebildeten ersten Nuten 7a tiefer in das Werkzeug 2 eingeschliffen werden müssen als die zweiten Nuten 7b, wird zur Vermeidung eines zu starken, die Stabilität der Arbeitsschneiden 5 schwächenden Materialabtrags der Stirnlückenwinkel λ der ersten Nuten 7a kleiner als der Stirnlückenwinkel λ der zweiten Nuten 7b gewählt. Es gibt somit auch zwei Arten von Stirnlückenwinkeln λ beim Torusfräser 2 nach 2 (d.h. die Stirnlückenwinkel λ weisen zwei verschiedene Werte auf), einen ersten Stirnlückenwinkel λ₁ bei den ersten Nuten 7a und einen zweiten Stirnlückenwinkel λ₂ bei den zweiten Nuten 7b, wobei der erste Stirnlückenwinkel λ₁ kleiner gewählt ist als der zweite Stirnlückenwinkel λ₂. Beispielsweise kann beim Torusfräser 2 nach 2 der erste Stirnlückenwinkel λ₁ bei etwa 35° liegen und der zweite Stirnlückenwinkel λ₂ bei etwa 40°.
3 und 4 zeigen schematisch eine Seitenansicht des Arbeitsbereichs 4 eines Ausführungsbeispiels eines Torusfräsers 2 nach der Erfindung, wobei der Torusfräser 2 in 4 gegenüber 3 um seine Werkzeuglängsachse A gedreht ist. Der Torusfräser 2 in 3 und 4 entspricht zumindest im Wesentlichen dem Torusfräser 2 aus 2, insbesondere sind jeweils acht Arbeitsschneiden 5, 5a, 5b vorgesehen und entsprechend acht Nuten 7, 7a, 7b. Vom Aufbau her entsprechen die Torusfräser 2 nach 2 bis 4 zumindest prinzipiell dem Torusfräser 2 nach 1.
Dem Betrachter zugewandt ist in 3 eine erste Arbeitsschneide 5a mit dazugehöriger erster Nut 7a. Diese erste Nut 7a weist einen ersten Stirnlückenwinkel λ₁ auf. Links daneben ist eine zweite Arbeitsschneide 5b mit da zugehöriger Nut 7b, mit einem zweiten Stirnlückenwinkel λ₂, zu erkennen. Der erste Stirnlückenwinkel λ₁ ist kleiner gewählt als der zweite Stirnlückenwinkel λ₂ (beispielsweise wiederum 35° und 40°), dennoch ist zu erkennen, dass die erste Nut aufgrund ihres Schliffes über die Werkzeugmitte hinweg deutlich tiefer in das Werkzeug 2 eindringt als die zweite Nut 7b. Ohne die im Vergleich zum Stand der Technik deutlich geringeren Stirnlückenwinkel λ₁, λ₂ würde insbesondere die erste Nut 7a noch wesentlich stärker in das Werkzeug eindringen und damit die Ausbildung von acht stabilen Arbeitsschneiden 5, 5a, 5b unmöglich machen.
In 4 ist dem Betrachter eine zweite Nut 7b zugewandt, eine erste Nut 7a ist auf der linken Seite zu erkennen.
In 3 und 4 ist weiter dargestellt, dass jede Arbeitsschneide 5, 5a, 5b in Arbeitsdrehrichtung D vorangestellt eine Arbeitsflanke 10 aufweist, die gleichzeitig eine Seitenwand der jeweils zugeordneten (vorangestellten) Nut 7, 7a, 7b bildet bzw. zumindest in diese Seitenwand übergeht. Auf der entgegengesetzten Seite jeder Arbeitsschneide 5, 5a, 5b ist jeweils der Schneidenrücken 11 ausgebildet.
5 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers 2 nach der Erfindung. Die Darstellung entspricht weitestgehend der Darstellung des Torusfräsers 2 in 1 und verwendet auch die gleichen Bezugszeichen. Zur Erläuterung kann daher auf die Beschreibung von 1 verwiesen werden. Der Unterschied zwischen Torus- und Kugelfräser ergibt sich aus der Formgebung der Arbeitsschneiden 5. Beim Torusfräser sind lediglich die Randbereiche abgerundet, beim Kugelfräser hingegen sind die Arbeitsschneiden 5 als Radialschneiden ausgebildet, sie zeichnen im Wesentlichen eine Halbkugel nach. Ein weitere Unterschied liegt darin, dass der Stirnlückenwinkel λ der Nut 7 beim Kugelfräser größer als beim Torusfräser nach 1 gewählt ist, er liegt hier bei etwa 45° und ist damit ebenfalls deutlich kleiner als der aus dem Stand der Technik bekannten 60°-Winkel.
Ein weitere Unterschied zwischen 1 und 5 zeigt sich in der Auswahl der Nuten 7. Die Nut 7 in 5 ist über die Werkzeugmitte hinweggeschliffen, die Nut 7 in 1 hingegen nicht. In 5 handelt es sich somit um eine erste Nut 7a, in 1 um eine zweite Nut 7b. Deutlich zu erkennen ist trotz verschiedener Werkzeuggeometrie, dass eine erste Nut 7a bei vergleichbarem Stirnlückenwinkel tiefer in das Werkzeug eindringt als eine zweite Nut 7b.
Der Vergleich von Torusfräser und Kugelfräser anhand von 1 und 5 zeigt weiter, dass der Stirnlückenwinkel beim Kugelfräser durchaus größer als der Stirnlückenwinkel beim Torusfräser gewählt werden kann, ohne dass sich dies negativ auf die Stabilität der Arbeitsschneiden 5 auswirkt. Grund hierfür ist der ausgedehntere Krümmungsbereich beim Kugelfräser. Dort beginnt die Krümmung bereits in der Mitte der Werkzeugspitze, so dass der maximale Abstand der Arbeitsschneiden 5 vom Nutboden 8 bei einem gleichen Stirnlückenwinkel und gleicher Nutart (erste Nut oder zweite Nut) deutlich geringer ist. Dementsprechend ist auch bei größeren Stirnlückenwinkeln dieser Abstand vergleichsweise klein, so dass auch bei größeren Stirnlückenwinkeln noch stabile Arbeitsschneiden gewährleistet sind.
6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Stirnseite 3 eines Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers 2 nach der Erfindung. Die Darstellung entspricht weitestgehend der Darstellung des Torusfräsers 2 in 2 und verwendet auch die gleichen Bezugszeichen. Zur Erläuterung kann daher auf die Beschreibung von 2 verwiesen werden. Zu ergänzen ist, dass auch beim Kugelfräser 2 der erste Stirnlückenwinkel λ₁ kleiner gewählt ist als der zweite Stirnlückenwinkel λ₂. Beispielsweise kann der erste Stirnlückenwinkel λ₁ bei etwa 45° liegen und der zweite Stirnlückenwinkel λ₂ bei etwa 55°. Beim Kugelfräser sind somit ohne Beeinträchtigung der Schneidenstabilität größere Stirnlückenwinkel möglich als beim Torusfräser.
In 6 ist ein Bereich X in der Mitte der Stirnseite 3 des Kugelfräsers 2 markiert. Dieser Bereich X ist in 7 vergrößert dargestellt. Durch die Werkzeugmitte, senkrecht zur Zeichenebene, verläuft die Werkzeuglängsachse A. Zu erkennen sind die beiden ersten Arbeitsschneiden 5a mit ihren Schneidenrücken 11, die im Bereich um die Werkzeuglängsachse A ineinander übergehen und dabei den Steg 12 bilden. Aus 7 ist ferner die Ausbildung der ersten Nuten 7a über die Werkzeugmitte (dargestellt durch die Hilfslinie H₁) hinweg ersichtlich. Entsprechend sind auch die ersten Arbeitsschneiden 5a über die Werkzeugmitte H₁ hinweg ausgebildet.
Weiter sind in 7 die der Werkzeuglängsachse A zugewandten Seiten der zweiten Nuten 7b, der zweiten Arbeitsschneiden 5b sowie deren Schneidenrücken 11 dargestellt. Einige der zweiten Arbeitsschneiden 5b und der dazugehörigen Schneidenrücken 11 weisen zur Werkzeuglängsachse A hin eine Abflachung 14 auf, d.h. einen Bereich, in dem sie angeschliffen sind. Dies bedeutet, dass ihre Außenhöhe im Bereich der Abflachung 14 nicht mehr der Halbkugelform des Kugelfräsers 2 folgt, sondern gegenüber dieser Halbkugel reduziert ist.
Diese Abflachung 14 ist in 8 schematisch in einer Längsschnittdarstellung durch die Stirnseite 3 des Kugelfräsers 2 verdeutlicht. Die zweite Arbeitsschneide 5b verläuft zur Werkzeuglängsachse A hin zunächst auf der Kugellinie des Kugelfräsers 2. Dann folgt ein Innenknick und die Arbeitsschneide 5b geht in die Abflachung 14 über. Durch die Abflachung 14 wird die zweite Arbeitsschneide 5b stabilisiert. Aus 7 ist ersichtlich, dass der Schneidenrücken 11 zur Werkzeuglängsachse A hin immer dünner wird. Dementsprechend wäre die zweite Arbeitsschneide 5a bei vollständiger Ausbildung im Bereich nahe der Werkzeugspitze stark anfällig für Materialausbrüche und Verschleiß. Dies wird durch die Abflachung 14 der zweiten Ar beitsschneide 5b verhindert. Die zweite Arbeitsschneide 5b kommt dadurch im kritischen Bereich nicht oder zumindest nicht mehr so stark belastet in Arbeitseingriff an einem zu bearbeitenden Werkstück, die Lebensdauer des gesamten Werkzeugs ist durch die Abflachung 14 somit erhöht.
In 8 ist weiter ersichtlich, dass die Abflachung 14 zumindest weitestgehend eben ausgebildet ist und einen Abflachungswinkel α zwischen der Abflachung 14 und der Werkzeugmittelachse A definiert. Dieser Abflachungswinkel α liegt in 8 bei etwa 80°. Eine derartige Abflachung kann auch bei Torusfräsern vorgesehen sein, wie dies beispielsweise in 2 ersichtlich ist.
9 und 10 zeigen schematisch eine Seitenansicht des Arbeitsbereichs 4 eines Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers 2 nach der Erfindung, wobei der Kugelfräser 2 in 10 gegenüber 9 um seine Werkzeuglängsachse A gedreht ist. Der Kugelfräser 2 in 9 und 10 entspricht zumindest im Wesentlichen dem Kugelfräser 2 aus 6, insbesondere sind jeweils acht Arbeitsschneiden 5, 5a, 5b vorgesehen und entsprechend acht Nuten 7, 7a, 7b. Vom Aufbau her entsprechen die Kugelfräser 2 nach 6 bis 10 zumindest prinzipiell dem Kugelfräser 2 nach 5.
Die Darstellung des Kugelfräsers 2 in 9 und 10 entspricht weitestgehend der Darstellung des Torusfräsers 2 in 3 und 4, es werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Zur Erläuterung kann daher auf die Beschreibung von 3 und 4 verwiesen werden. Wesentlich ist, dass 9 dem Betrachter zugewandt eine erste Arbeitsschneide 5a und eine erste Nut 7a zeigt, die einen ersten Stirnlückenwinkel λ₁ aufweist, und 10 im Vergleich hierzu eine zweite Arbeitsschneide 5b und eine zweite Nut 7b mit zweitem Stirnlückenwinkel λ₂ zeigt. Der ersten Stirnlückenwinkel λ₁ ist wiederum kleiner gewählt als der zweiten Stirnlückenwinkel λ₂ (beispielsweise 45° und 55°).
Der Vergleich des Kugelfräsers 2 aus 9 und 10 mit dem Torusfräser 2 aus 3 und 4 zeigt, dass beim Torusfräser kleiner Stirnlückenwinkel vorgesehen sind als beim Kugelfräser. Dies ist bedingt durch die unterschiedliche Form der Stirnseiten 3 der Werkzeuge 2.
11 zeigt schematisch eine vergrößerte Darstellung des Steges 12 im Übergangsbereich der Schneidenrücken 11 der ersten Arbeitsscheiden 5a bei einem Ausführungsbeispiels eines Kugelfräsers 2 nach der Erfindung (Blickrichtung auf die Stirnseite 3 eines Kugelfräsers 2). Zu erkennen ist, dass der Steg 12 eine Querschneide 13 aufweist, die durch die Werkzeuglängsachse A, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, hindurchgeht. Die Querschneide 13 ist zweiteilig aufgebaut aus einem ersten Teil 13a und einem zweiten Teil 13b, wobei die Teile 13a und 13b im Wesentlichen punktsymmetrisch zur Werkzeuglängsachse A gebildet sind. Zur Ausformung der Querschneidenteile 13a, 13b sind in Arbeitsdrehrichtung D dem jeweiligen Teil 13a, 13b vorgelagert Nuten 15a, 15b eingeschliffen bzw. ausgebildet. Die Querschneidenteile 13a, 13b sind somit jeweils in Arbeitsdrehrichtung D wirksam. Durch die Querschneide 13 lässt sich der Reibverschleiß im Bereich der Werkzeugspitze deutlich verringern und damit die Lebensdauer des Werkzeugs erhöhen. Derartige Querschneiden 13, 13a, 13b können auch bei einem Torusfräser vorgesehen sein.
12 zeigt schematisch eine beispielhafte Darstellung der fräsenden Bearbeitung eines Werkstücks 16 mit einem Kugelfräser 2. Dabei kann es sich um einen Kugelfräser 2 entsprechend 5 bis 11 handeln. Das Verfahren ist aber auch für Torusfräser, beispielsweise entsprechend 1 bis 4, anwendbar.
Das Werkstück 16 in 12 weist eine Werkstückoberfläche L auf, die zu bearbeiten ist. Für die Fräsbearbeitung wird der Kugelfräser 2 zeilenweise über die Werkstückoberfläche L geführt. Dabei ist der Kugelfräser 2 schräg gestellt, d.h. Werkzeuglängsachse A und eine Senkrechte N zur Werkstück oberfläche L an der zu bearbeitenden Stelle definieren einen Neigungswinkel β des Kugelfräsers 2. Dieser Neigungswinkel β liegt in 12 bei etwa 20°.
Der wesentliche Vorteil dieser schrägen Werkstückbearbeitung liegt darin, dass mehrere bzw. alle Arbeitsschneiden eines Werkzeugs, insbesondere eines Kugel- bzw. Torusfräsers, für die Werkstückbearbeitung eingesetzt werden und dies einen entsprechend größeren Werkzeugvorschub und damit einhergehend entsprechend geringere Bearbeitungszeiten mit sich bringt. Bei senkrechter Bearbeitung kämen hingegen, wie das Beispiel des Kugelfräsers 2 nach 5 bis 11 zeigt, im Wesentlichen lediglich die zwei ersten Arbeitsschneiden 5a an der Werkzeugspitze in Eingriff am zu bearbeitenden Werkstück 16, mit der Folge eines erhöhten lokalen Werkzeugverschleißes.

2: Kugel- oder Torusfräser, Werkzeug
3: Stirnseite
4: Arbeitsbereich
5: Arbeitsschneide
5a: erste Arbeitsschneide
5b: zweite Arbeitsschneide
6: Schaft
7: Nut
7a: erste Nut
7b: zweite Nut
8: Nutboden
9: Nutbodengerade
10: Arbeitsflanke
11: Schneidenrücken
12: Steg
13: Querschneide
13a, b: Teile der Querschneide
14: Abflachung
15a, b: Nuten
16: Werkstück
α: Abflachungswinkel
β: Neigungswinkel
λ: Stirnlückenwinkel
λ₁: erster Stirnlückenwinkel
λ₂: zweiter Stirnlückenwinkel
A: Werkzeuglängsachse
D: Arbeitsdrehrichtung
E: zur Werkzeuglängsachse vertikale Ebene
H₁, H₂: Hilfslinien zur Darstellung der Werkzeugmitte
L: Werkstückoberfläche
N: Senkrechte zur Werkstückoberfläche L
X: Ausschnitt

Claims

Kugel- oder Torusfräser (2), a) umfassend wenigstens einen um eine Werkzeuglängsachse (A), die insbesondere eine Hauptträgheitsachse des Werkzeugs (2) bildet, drehbaren oder drehenden, an einer Stirnseite (3) des Fräsers (2) ausgebildeten Arbeitsbereich (4), an dem Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) ausgebildet sind, insbesondere in einer Arbeitsdrehrichtung (D) wirksame Schrupp- und/oder Schlichtschneiden, b) wobei die Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) durch Nuten (7, 7a, 7b) voneinander getrennt sind, c) wobei die Nuten (7, 7a, 7b) einen zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildeten Nutboden (8), der eine Nutbodengerade (9) definiert, aufweisen, d) wobei ein Stirnlückenwinkel (λ, λ₁, λ₂) einer Nut (7, 7a, 7b) definiert ist als der Neigungswinkel der Nutbodengeraden (9) zu einer zur Werkzeuglängsachse (A) vertikalen Ebene (E), und e) wobei der Stirnlückenwinkel (λ, λ₁, λ₂) mindestens einer Nut (7, 7a, 7b), insbesondere aller Nuten (7, 7a, 7b), kleiner als 60° ist.
Kugel- oder Torusfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnlückenwinkel (λ, λ₁, λ₂), die kleiner 60° sind, im Bereich von 20° bis 59° liegen, insbesondere im Bereich von 30° bis 57°, vorzugsweise beim Kugelfräser im Bereich von 43° bis 57° und beim Torusfräser im Bereich von 33° bis 42°.
Kugel- oder Torusfräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnlückenwinkel (λ, λ₁, λ₂) der Nuten wenigstens zwei unterschiedliche Werte aufweisen, insbesondere erste Nuten (7a) einen ersten Stirnlückenwinkel (λ₁) und zweite Nuten (7b) einen vom ersten Stirnlückenwinkel (λ₁) verschiedenen zweiten Stirnlückenwinkel (λ₂) aufweisen.
Kugel- oder Torusfräser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass a) beim Kugelfräser der erste Stirnlückenwinkel (λ₁) zwischen 40° und 50° liegt, insbesondere bei etwas 45°, und der zweite Stirnlückenwinkel (λ₂) zwischen 51° und 59°, insbesondere bei etwa 55°, liegt, und/oder b) beim Torusfräser der erste Stirnlückenwinkel (λ₁) zwischen 30° und 40° liegt, insbesondere bei etwas 35°, und der zweite Stirnlückenwinkel (λ₂) zwischen 35° und 45°, insbesondere bei etwa 40°, liegt.
Kugel- oder Torusfräser (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, a) umfassend wenigstens einen um eine Werkzeuglängsachse (A), die insbesondere eine Haupträgheitsachse des Werkzeugs (2) bildet, drehbaren oder drehenden, an einer Stirnseite (3) des Fräsers (2) ausgebildeten Arbeitsbereich (4), an dem Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) ausgebildet sind, insbesondere in einer Arbeitsdrehrichtung (D) wirksame Schrupp- und/oder Schlichtschneiden, b) wobei die Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) durch Nuten (7, 7a, 7b) voneinander getrennt sind, c) wobei die Nuten (7, 7a, 7b) einen zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildeten Nutboden (8), der eine Nutbodengerade (9) definiert, aufweisen, d) wobei ein Stirnlückenwinkel (λ, λ₁, λ₂) einer Nut (7, 7a, 7b) definiert ist als der Neigungswinkel der Nutbodengeraden (9) zu einer zur Werkzeuglängsachse (A) vertikalen Ebene (E), und e) wobei mehr als sechs Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) ausgebildet sind.
Kugel- oder Torusfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sieben oder acht oder neun oder zehn Arbeitsschneiden (5, 5a, 5b) ausgebildet sind.
Kugel- oder Torusfräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, insbesondere zwei, vorzugsweise zwei einander im Wesentlichen gegenüberliegende erste Arbeitsschneiden (5a) über die Werkzeugmitte (H₁) hinweg ausgebildet sind und die übrigen Arbeitsschneiden als zweite Arbeitsschneiden (5b) nicht über die Werkzeugmitte hinweg ausgebildet sind.
Kugel- oder Torusfräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an die ersten Arbeitsschneiden (5a) in Arbeitsdrehrichtung (D) angrenzenden Nuten (7a) einen kleineren Stirnlückenwinkel (λ₁ im Vergleich zu λ₂) aufweisen als die an die zweiten Arbeitsschneiden (5b) in Arbeitsdrehrichtung (D) angrenzenden Nuten (7b).
Kugel- oder Torusfräser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Arbeitsdrehrichtung (D) an die ersten Arbeitsschneiden (5a) angrenzenden Nuten die ersten Nuten (7a) sind und die in Arbeitsdrehrichtung (D) an die zweiten Arbeitsschneiden (5b) angrenzenden Nuten die zweiten Nuten (7b) sind.
Kugel- oder Torusfräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) jede Arbeitsschneide (5, 5a, 5b) in Arbeitsdrehrichtung (D) eine Arbeitsflanke (10) und auf einer der Arbeitsflanke (10) gegenüberliegenden Seite einen Schneidenrücken (11) aufweist, und b) die Arbeitsflanke (10) eine Seitenfläche der an die Arbeitsschneide (5, 5a, 5b) angrenzenden Nut (7, 7a, 7b) bildet und/oder in die Seitenfläche der Nut (7, 7a, 7b) übergeht.
Kugel- oder Torusfräser nach Anspruch 10 und nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenrücken (11) der ersten Arbeitsschneiden (5a) ineinander übergehen und einen durchgehenden Steg (12) bilden.
Kugel- oder Torusfräser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (12) im Übergangsbereich der ersten Arbeitsscheiden (5a) eine insbesondere zweiteilige Querschneide (13, 13a, 13b) aufweist, die insbesondere die Werkzeuglängsachse (A) schneidet und deren beide Teile (13a, 13b) vorzugsweise im Wesentlichen punktsymmetrisch zur Werkzeuglängsachse (A) ausgebildet sind.
Kugel- oder Torusfräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine, insbesondere mehrere oder alle zweiten Arbeitsschneiden (5b) an der Stirnseite (4) des Fräsers (2) eine Abflachung (14) aufweisen.
Kugel- oder Torusfräser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (14) einen Abflachungswinkel (a) zwischen der Abflachung (14) auf der einen Seite und der Werkzeugmittelachse (A) und/oder einer Parallelen zur Werkzeugmittelachse (A) durch die Abflachung (14) auf der anderen Seite definiert, der zwischen 60° und 88°, insbesondere zwischen 75° und 85°, vorzugsweise bei etwa 80° liegt.
Verfahren zur fräsenden Bearbeitung einer Werkstückoberfläche (16, L) mit einem Kugel- oder Torusfräser (2), insbesondere einem Kugel- oder Torusfräser (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Winkel zwischen der Werkzeuglängsachse (A) und einer Senkrechten (N) zur Werkstückoberfläche (L) definierter Neigungswinkel (β) des Werkzeugs (2) bei mindestens 5°, insbesondere bei mindestens 10°, vorzugsweise bei mindestens 20° liegt, und/oder zwischen 5° und 40° liegt, insbesondere zwischen 10° und 30°, vorzugsweise bei etwa 20°.