-
Die
Erfindung betrifft einen spiralverzahnten Fräser, insbesondere einen Fräser zum
Bearbeiten von Elektronik-Leiterplatten mit wendelförmig um
die Achse des Fräskörpers angeordneten
einzelnen Schneidelementen, die üblicherweise
durch ebenfalls wendelförmig
verlaufende Spannuten voneinander getrennt sind.
-
Bekannte
spiralverzahnte Fräser
weisen vier, fünf
oder sechs wendelförmig
um den Fräskörper herum
angeordnete Schneidelemente auf, die durch Spannuten unterbrochen
sind, die ebenfalls wendelförmig – jedoch
gegenläufig
zu den Schneidelementen – um
den Fräskörper verlaufen.
Zur Bearbeitung von Elektronik-Leiterplatten werden hauptsächlich derartige
Fräser
eingesetzt.
-
Die
Leiterplatten bestehen in der Regel aus glasfaserverstärktem Epoxidharz
(geläufige
Materialbezeichnung FR 4 und FR 5). Derartige Materialien stellen
höchste
Anforderungen an die Fräswerkzeuge.
-
Ein
weiterer Fräser-Typ
ist der sogenannte „diamantverzahnte
Fräser”, der kleine
spitze Schneidelemente aufweist, die pyramidenförmig ausgebildet und gleichmäßig über die
Mantelfläche
des Fräskörpers verteilt
sind. Die einzelnen pyramidenförmigen
Schneidelemente sind durch einander kreuzende, gleich tiefe Spannuten
voneinander getrennt, die wendelförmig, in entgegengesetzte Richtungen
um die Achse des Fräskörpers verlaufen.
-
Das
Verschleißproblem
entsteht bei den vorgenannten Geometrien der Fräser insbesondere dann, wenn
die Fräser
nicht mit Diamant beschichtet sind.
-
Die
Spitzen der kleinen Schneidelemente verschleißen bei entsprechender Belastung
rasch in dem abrasiven Werkstoff der Leiterplatten. Der unbeschichtete
Fräser
schneidet daher schlecht, erzeugt viel Wärme, setzt sich mit aufschmelzenden
Harzen zu und kann brechen.
-
Des
Weiteren kann der Fräser
infolge des schnellen Schneidspitzenverschleißes einen kleineren Wirkdurchmesser
bekommen, der von dem programmierten Wert der automatischen Fräsmaschine, in
die der Fräser üblicherweise
eingesetzt ist, abweicht. Somit können sich Werkstückmaße außerhalb
der zulässigen
Toleranzen ergeben.
-
Die
oben genannten Probleme treten bei modernen spiralverzahnten Fräsern nicht
oder nicht in dem beschriebenen Maß auf, wenn diese mit einer geeigneten
Beschichtung versehen sind (z. B. Hartstoffschichten aus Diamant).
-
Unter
anderem durch das Inkrafttreten der RoHS-Richtlinie (EG-Richtlinie 2002/95/EG
zur Beschränkung
der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe
in Elektro- und Elektronikgeräten)
wurden Änderungen
in der Materialzusammensetzung von Elektronikplatinen notwendig,
was jedoch negative Folgen in Bezug auf deren mechanische Bearbeitbarkeit
hat. Mit gegenwärtigen
spiralverzahnten und diamantverzahnten Fräsern sind die geforderten Oberflächen- und
Kantenqualitäten
nicht mehr oder nur bedingt zu erreichen.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen spiralverzahnten
Fräser
zur Verfügung
zu stellen, der eine verbesserte Qualität der gefrästen Flächen und Kanten ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen spiralverzahnten Fräser gemäß Anspruch 1 gelöst. Beispielhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Es
wird ein spiralverzahnter Fräser
offenbart, der einen langgestreckten Fräskörper mit einer Längsachse
und zumindest sieben Schneidelementen aufweist, die wendelförmig umlaufend
um die Längsachse
des Fräskörpers angeordnet
sind. Eine Span-Nut verläuft
jeweils zwischen zwei Schneidelementen wendelförmig um die Längsachse.
Die Schneidelemente können
mit einem Hartstoff, beispielsweise mit Diamant beschichtet sein.
-
Die
Fräskörper weisen
an einem Ende einen Schaft zum Einspannen in eine Fräsmaschine
auf. Der Schaft kann einen Durchmesser von 2,0 mm bis 3,175 mm,
insbesondere 3,175 mm haben. Die maximale Außenabmessung des Fräskörpers kann
einen Durchmesser von 0,4 mm bis 3,175 mm haben.
-
Der
Fräser
kann zur Bearbeitung von glasfaserverstärktem Kunststoff, insbesondere
Elektronik-Platinen aus glasfaserverstärktem Epoxidharz verwendet
werden. Die erzielte Fräsqualität liegt
dabei sichtbar über
der herkömmlicher
Fräser.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert. In
den Abbildungen zeigen
-
1 eine schematisierte Darstellung einer Seitenansicht
(a) mit einer Detaildarstellung einer Verzahnung in einer Ansicht
Z und eine vereinfachte Darstellung (b) der Draufsicht in axialer
Richtung auf eine Stirnfläche
eines Fräsers
mit sieben Schneidelementen; und
-
2 eine Abbildung eines herkömmlichen Fräsers (a)
und eines Fräsers
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung (b) und zum Vergleich Abbildungen der damit gefrästen Oberflächen.
-
In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten
mit gleicher Bedeutung.
-
Der
in der 1 dargestellte Fräser 10 besteht
aus Hartmetall und umfasst einen Schaft 1 und einen Fräskörper 2.
Der Schaft 1 dient zum Einspannen des Fräsers 10 in
eine Fräsmaschine
und der Fräskörper 2 zur
spanabhebenden Materialbearbeitung. Der Durchmesser des Schafts 1 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
etwas größer als
der Durchmesser des Fräskörpers 2.
Der Schaftdurchmesser liegt beispielsweise zwischen 2,0 mm und 3,175
mm. Insbesondere können
zur Bearbeitung von glasfaserverstärktem Kunststoff, wie z. B.
Platinen aus glasfaserverstärktem
Epoxidharz, Fräser
mit einem Schaftdurchmesser von 3.175 mm verwendet werden.
-
Auf
dem Fräskörper 2 sind
gleichmäßig über den
Umfang verteilt angeordnete Stege 3 als Schneidelemente
vorgesehen, die bis zur Stirnfläche 4 des Fräsers 10 verlaufen
und jeweils die gleiche Länge haben.
-
Die
Stege 3 verbreitern sich in ihrer von der Stirnfläche 4 abgewandten
Hälfte
in Richtung des Schafts 1 und verlaufen gleichsinnig wendelförmig um
die gemeinsame Längsachse 5 des
Fräskörpers 2 und
des Schaftes 1. Die Stege 3 können im Wesentlichen parallel
zueinander und – je
nach Anwendung – links
oder rechts wendelförmig
um die Längsachse 5 verlaufen.
-
Die
Stege 3 sind durch Span-Nuten 6 unterbrochen,
die entsprechend den Stegen 3 gleichsinnig wendelförmig um
die Achse 5 des Fräskörpers 2 verlaufen
und jeweils gleich ausgebildet sind. Die Span-Nuten 6 verlaufen
parallel zueinander, kreuzen also einander nicht, was einen einwandfreien
Spanabfluss sichergestellt, so dass sich kein Spangut im Fräser absetzt.
-
Die
Stege 3 verjüngen
sich in Richtung auf ihr freies Ende (siehe 1b), und
ihr äußerer Rand 7 liegt
entlang der gesamten Länge
der Stege 3 auf einer Mantelfläche 8 eines gedachten
Außenzylinders 17.
-
Längs des äußeren Randes 7 der
Stege 3 sind die Schneidelemente in gleichen Abständen durch
muldenförmige
Vertiefungen 9 unterbrochen, die, quer zum Steg 3 gesehen,
kreisbogenförmiges Profil
haben. Die Vertiefungen 9 verringern die Wärmeentwicklung
des Fräsers 10 während des
Arbeitens auf ein Minimum, wodurch der Verschleiß erheblich vermindert wird.
Die Vertiefungen 9 können
längs der
Stege 3 in gleichen Abständen angeordnet und gleich
ausgebildet sein. Der Abstand zwischen benachbarten Vertiefungen 9 eines
Steges 3 kann z. B. 1 mm oder weniger betragen.
-
Durch
die Unterbrechungen der durch die Stege 3 gebildeten Schneidelemente
entstehen entlang eines Steges 3 Einzelschneidelemente 13 des Fräsers. Die
Länge der
Einzelschneidelemente 13 beträgt ca. 2/3 des Abstandes zwischen
benachbarten Vertiefungen 9.
-
Die
Schneide der Schneidelemente 13 wird durch die Schnittkante
einer Spanfläche 16 mit
dem gedachten Außenzylinder 17 gebildet.
Die Spanflächen 16 der
Schneidelemente 13 verlaufen vom Fräskörper 2 bzw. dessen
Spannuten 6 etwa in tangentialer Richtung beginnend in
einer zunehmend radial nach außen
verlaufenden Kurve nahezu senkrecht auf den gedachten Außenzylinder 17 zu
(siehe 1b). Von der dortigen Schnittkante nach radial innen
verläuft
auf der der Spanfäche 16 gegenüberliegenden
Seite der Stege 3 eine Freifläche 20 radial außen zunächst nahezu
tangential immer steiler werdend in radialer Richtung in die Spannut 6 hinein
bis zu einem Wendepunkt vor dem Erreichen eines Bodenabschnittes 19 der
Spannut 6.
-
Die
Spanfläche 16 geht
demnach stetig in den kreisbogenförmig verlaufenden Bodenabschnitt 19 der
Span-Nut 6 über.
Der in bezug auf die Achse 5 konkav gekrümmte Bodenabschnitt 19 bildet
die tiefste Stelle der Span-Nut 6. Die Freifläche 20 ist
in Umfangsrichtung gesehen verhältnismäßig breit
im Vergleich zur Spanfläche 16.
-
Herkömmliche
spiralverzahnte Fräser
haben zwischen vier und sechs Stege mit Schneidelementen, wobei
man versucht ist die Anzahl der Stege aus Kostengründen in
der Herstellung der Fräser
möglichst
gering zu halten. Bei bekannten Fräsern hat die Anzahl der Stege
nur wenig Einfluss auf die erzielte Qualität der gefrästen Flächen und Kanten. So folgt z.
B. aus einer Erhöhung
der Anzahl der Stege von fünf
auf sechs keine merkliche Verbesserung der Oberflächenqualität einer
gefrästen
Oberfläche,
insbesondere keine Verbesserung des optischen Qualitätseindrucks.
Vor allem bei den modifizierten Platinen-Grundmaterialien, die durch das Inkrafttreten
der eingangs erwähnten
RoHS-Richtline notwendig wurden, ist die mit herkömmlichen
Fräsern
erreichbare Qualität
unzureichend.
-
Es
hat sich gezeigt, dass bei einer Erhöhung der Anzahl der mit Schneidelementen
versehenen Stege von sechs auf sieben eine unerwartete Verbesserung
des Fräsergebnisses
erreicht werden kann. 2 zeigt einen
Vergleich zwischen einem Fräser mit
sechs Stegen (2a) und einem Fräser 10 mit sieben
Stegen bzw. Schneidelementen (2b) und einen
Vergleich der damit erzielten Oberflächenqualitäten. Die neue Fräsergeometrie
mit sieben Stegen 3 und sieben Span-Nuten 6 ermöglicht das
Fräsen
einer wesentlich glatteren Oberfläche, an der deutlich weniger
Harzreste verbleiben. Der visuelle Qualitätseindruck der gefrästen Oberfläche ist
somit besser.