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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fräswerkzeug zum spanenden Bearbeiten von Kunststoffkörpern gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2. Derartige Fräswerkzeuge werden überwiegend auf Roboterfräszellen und auf CNC-Fräsen zum Bearbeiten von Kunststoffen verwendet.
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Bei der Bearbeitung von Kunststoffen weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Fräswerkzeuge den Nachteil auf, dass der maximal mögliche Vorschub, d. h. das Bewegen des Fräsers in das Werkzeug bzw. entlang des Werkstücks, nicht maximal ausgenutzt werden kann. Dies resultiert daraus, dass beim spanenden Bearbeiten des jeweiligen Körpers der Span nicht mit ausreichend hoher Geschwindigkeit aus der Frässtelle abgeführt werden kann und somit ein Verstopfen bzw. Blockieren des Fräsers erfolgt, wodurch dieser beschädigt bzw. zerstört werden kann.
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US 2002/090273 A1 zeigt ein rotierendes, mit zwei Schruppschneiden und mit zwei kleineren Schlichtschneiden ausgestattetes Mehrschneiden-Schneidwerkzeug, welches auch ein Fräswerkzeug darstellen kann. Hinter den Schruppschneiden ist jeweils eine Schruppnut angeordnet und hinter den Schlichtschneiden schließt sich jeweils eine entsprechend kleinere bzw. schmalere Schlichtnut an. Sowohl die Schruppnuten als auch die Schlichtnuten winden sich helixförmig axial um den Schneidwerkezuggrundkörper in Längsrichtung des Mehrschneiden-Schneidwerkzeuges
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JP 6 320 323 A zeigt einen Schaftfräser mit einer Fräseinheit zum Schneiden bzw. Fräsen und mit einer Schafteinheit zum Halten des Schaftfräsers. Zentrisch innerhalb des Schaftfräsers befindet sich eine Durchgangsbohrung, welche sich in Längsrichtung des Schaftfräsers erstreckt. Im Bereich der Fräseinheit ist der Schaftfräser mit einer sich um den Schaftfräser windenden Spanabfuhrnut ausgestattet, wobei die Spanabfuhrnut und die zentrische Bohrung über ein Entlastungsloch räumlich miteinander verbunden sind.
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DE 86 18 404 U1 betrifft einen Nutfräser mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper mit einem Schaft und einem Frästeil, wobei das Frästeil zwei Spannuten und zwei Schneidkanten aufweist.
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DE 103 25 600 A1 zeigt einen Schaftfräser mit mindestens zwei an einer Stirnseite angeordneten Stirnschneiden sowie jeweils an diese angrenzende Umfangsschneiden, welche jeweils um unterschiedliche Teilungswinkel zueinander versetzt am Werkzeugumfang angeordnet sind.
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DE 10 2005 020 513 B3 offenbart einen einstückigen Schaftfräser, der einen Schaft und einen Fräskopf umfasst, wobei der Fräskopf mindestens eine Schneide aufweist, wobei die Schneide am Umfang des Fräskopfes angeordnet und in Längsrichtung des Fräskopfes gekrümmt ist.
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DE 200 21 264 U1 betrifft einen Schaftfräser für die Bearbeitung von Werkstücken nicht aus Metall, Eisen oder Kunststoff mit zwei oder mehr schraubenlinienförmigen Schneidkanten, zwischen denen schraubenlinienförmige Spannuten gebildet sind, welche mit den Schneidkanten eine Spanfläche bilden und jeweils eine Freifläche zwischen Schneidkante und nächstfolgender Spannut vorhanden ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fräswerkzeug bereitzustellen, das derart ausgebildet ist, dass selbst bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten eine ausreichend schnelle Abfuhr des Spans sichergestellt ist.
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Die Lösung der zuvor gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 und somit durch ein Fräswerkzeug zum spanenden Bearbeiten von Kunststoffkörpern. Dieses Fräswerkzeug weist einen als Rotationskörper ausgebildeten Grundkörper auf, an dem durch Materialabtrag mindestens ein erster sich teilweise spiralförmig um eine Rotationsachse erstreckender Bearbeitungsschnitt ausgebildet ist. Der Bearbeitungsabschnitt zum Fräsen mit dem zu bearbeitenden Körper in Kontakt bringbar ist und weist einen daran anschließenden Spanaufnahmebereiche zum Abführen des abgetragenen Materials auf oder bildet diesen Spanaufnahmebereich aus. Es ist mindestens ein Spanöffnungsbereich neben dem Bearbeitungsbereich durch eine zusätzliche, zumindest teilweise bearbeitete Kante begrenzt. Es ist somit bevorzugt am ersten und/oder zweiten Spanaufnahmebereich die besonders bevorzugt zumindest teilweise bearbeitete Kante vorgesehen bzw. ausgebildet.
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Der Spanaufnahmebereich weist im Querschnitt einen ersten Kurvenanteil und einen zweiten Kurvenanteil auf, wobei der Übergang zwischen den beiden Kurvenanteilen eine abrupte Steigungsveränderung als Kante darstellt. Eine Kante ist über mindestens ein Drittel der Länge des Bearbeitungsabschnittes zumindest teilweise abgeschliffen, wobei der zweite Kurvenanteil den gleichen oder einen größeren Radius aufweist als der erste Kurvenanteil.
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Bevorzugt ist an dem Grundkörper durch Materialabtrag ein zweiter sich zumindest teilweise spiralförmig um eine Rotationsachse erstreckender Bearbeitungsabschnitt ausgebildet, wobei der zweite Bearbeitungsabschnitt zum Fräsen mit dem Körper in Kontakt bringbar ist und einen daran anschließenden Spanaufnahmebereich zum Abführen des Abgetragenen Materials aufweist, der vom Spanaufnahmebereich des ersten Bearbeitungsabschnitts beabstandet ist.
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Diese Kante ist vorteilhaft, da sie ein Austreten des Spans aus dem jeweiligen Spanaufnahmebereich erleichtert, da der Spanaufnahmebereich durch das Abschleifen dieser Kante partiell kleiner, d. h. bevorzugt weniger umschließend, ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Span einfacher abgeführt werden kann bzw. sich einfacher vom Fräswerkzeug löst. Es kann hierbei auch von einem vergrößerten Öffnungswinkel gesprochen werden.
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Die Kante ist über die gesamte Länge des Bearbeitungsbereichs, bevorzugt über zwei Drittel der Länge des Bearbeitungsbereichs und besonders bevorzugt über die Hälfte des Bearbeitungsbereichs zumindest teilweise abgeschliffen. Dies hat den Vorteil, dass die Bearbeitung der besagten Kante, d. h. das Abschleifen der Kante, lediglich in dem Bereich zu erfolgen hat, der tatsächlich mit dem zu bearbeitenden Körper spanend zusammenwirkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der erste Spanaufnahmebereich in Umfangsrichtung um ein Vielfaches weiter als der zweite Spanaufnahmebereich.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da durch die unterschiedlich ausgebildeten Spanaufnahmebereiche zumindest ein Hauptspanabführbereich und ein Nebenspanabführbereich ausgebildet werden. Zu dem Zeitpunkt, in dem der Hauptspanabführbereich keine weiteren Materialanteile aufnimmt, da beispielsweise der daran ausgebildete Bearbeitungsabschnitt nicht mit dem zu bearbeitenden Material zusammenwirkt, ist es möglich, dass der Nebenspanabführbereich zum Abführen von Span eingesetzt wird.
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Das sich der erste Spanaufnahmebereich in Umfangsrichtung um ein Vielfaches weiter erstreckt als der erste Spanaufnahmebereich ist bevorzugt auf die geometrische Gestaltung der Querschnittsfläche des Grundkörpers im Bereich der Spanaufnahmebereiche zu entnehmen. Es ist hiermit insbesondere zu verstehen, dass die zwei den ersten Spanöffnungsbereich gegenüber der Umfangsfläche des Grundkörpers begrenzenden Kanten wesentlich weiter voneinander beabstandet sind als die den zweiten Spanöffnungsbereich gegenüber der Umfangsfläche des Grundkörpers begrenzenden Kanten. Der Abstand zwischen den den jeweiligen Spanaufnahmebereich begrenzenden Kanten kann auch als Breite bezeichnet werden.
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Mit dem Faktor „Vielfaches” wird bevorzugt ein beliebiges Vielfaches, bevorzugt ein 1- bis 8-faches ganzzahliges oder nicht ganzzahliges Vielfaches und besonders bevorzugt ein 1- bis 4-faches Vielfaches verstanden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl erster und/oder zweiter Spanöffnungsbereiche am Grundkörper ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass z. B. in Abhängigkeit des jeweiligen Fräswerkzeugdurchmessers und/oder des Einsatzbereiches bzw. Anwendungsbereiches des Fräswerkzeugs unterschiedliche Geometrien realisierbar sind. So ist beispielsweise denkbar, dass ein erster Spanöffnungsbereich und 2, 3, 4 oder mehr zweite Spanöffnungsbereiche vorgesehen sind. Ebenfalls vorstellbar wäre, dass ein zweiter Spanöffnungsbereich und 2, 3, 4 oder mehrere erste Spanöffnungsbereiche vorsehbar sind und bevorzugt entsprechend der Anzahl der ersten Spanöffnungsbereiche die gleiche Anzahl an zweiten Spanöffnungsbereichen vorsehbar ist. Somit ist ersichtlich, dass insgesamt eine beliebige Anzahl, z. B. 2, 3, 4 oder mehr Schneiden, am Fräswerkzeug ausgebildet sein können.
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Hinsichtlich der geometrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Fräse ist weiterhin vorstellbar, dass die Fräswerkzeuge rechtsschneidige und/oder linksschneidige sowie rechtsspiralige oder linksspiralige Werkzeuge sind. Ferner kann das erfindungsgemäße Fräswerkzeug verschiedene Steigungen, beispielsweise in einem Bearbeitungsbereich oder zweier Bearbeitungsbereiche aufweisen. Weiterhin ist es vorstellbar, dass der Spanwinkel und/oder der Freiwinkel je nach Einsatzgebiet oder in Abhängigkeit weiterer geometrischer Eigenschaften abhängig oder völlig unabhängig einstellbar sind. Besonders bevorzugt sind beispielsweise der Spanwinkel und der Freiwinkel des ersten und zweiten Bearbeitungsabschnitts gleich ausgebildet, wobei unterschiedlich ausgebildete Span- und Freiwinkel ebenfalls vorteilhaft sein können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Fräswerkzeug im Bereich des Bearbeitungsabschnitts eine Stirnfläche auf, die zumindest abschnittsweise gegenüber einer sich rechtwinklig zur Rotationsachse erstreckenden Ebene geneigt ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Stirnfläche beispielsweise einzelne oder mehrere Anteile einer geneigten Ebene, eine gebogene Anteile aufweisende Form und/oder mit der entsprechenden Negativ-Form derart versehen sein kann, dass eine bzw. mehrere beliebig ausgebildete Stirnschneiden vorsehbar bzw. ausbildbar oder ausgebildet sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind einzelne Anteile der geneigten Stirnfläche eben oder kurvenförmig ausgebildet und erstrecken sich in Richtung oder entgegen der Längsrichtung des Grundkörpers.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist mindestens einer der Spanöffnungsbereiche eine Kurvenform auf, die von einem Kreisbogenabschnitt verschieden ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da der Spanöffnungsbereich so eine Geometrie aufweisen kann, die geeignet ist, um beispielsweise im Zusammenspiel mit der Fliehkraft, einen optimierten Abtransport des Spans zu ermöglichen. Es ist hierbei ebenfalls vorstellbar, dass der Spanöffnungsbereich als Kreisbogenabschnitt ausgebildet ist oder ebene Anteile aufweist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis aus der Breite des ersten Spanöffnungsbereichs zur Tiefe des ersten Spanöffnungsbereichs größer als das Verhältnis aus der Breite des zweiten Spanöffnungsbereichs zur Tiefe des zweiten Spanöffnungsbereichs. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da beispielsweise aus strukturellen Gründen und somit hinsichtlich der Stabilität, wie auch hinsichtlich des Spanabflusses, ein im Wesentlichen schlanker und ein im Wesentlichen breiter Bereich bzw. jeweils eine Vielzahl davon vorteilhaft sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Grundkörper einen Schaftabschnitt mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Bearbeitungsabschnitts.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da der Fräser so mit einer höheren Stabilität ausgestattet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Fräser aus einem Werkstoff ausgewählt aus der Gruppe zumindest bestehend aus Schnellarbeitsstahl (ASS), Hartmetall, Cermet und/oder ähnlichem.
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Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da je nach Größe, Anwendungsbereich, geometrischer Gestaltung und/oder ähnlichen Faktoren der jeweils optimale Werkstoff für den Fräser ausgewählt werden kann.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs während einer ersten Bearbeitungsphase;
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2 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs nach der ersten Bearbeitungsphase;
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3 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs in einer weiteren Bearbeitungsphase;
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4 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs nach der weiteren Bearbeitungsphase
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5 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs, in das ein zweiter Spanbereich eingearbeitet wird;
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6 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs, dessen zweiter Spanbereich weiter bearbeitet wird;
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7 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs mit einem speziell bearbeiteten Spanbereich;
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8 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs in dreidimensionaler Darstellung;
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9 ein Beispiel eines Fräswerkzeugs in einem Bearbeitungszustand; und
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10 ein Beispiel eines weiteren Fräswerkzeugs in dreidimensionaler Darstellung.
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1 zeigt ein Fräswerkzeug 1, das zumindest teilweise durch einen zumindest teilweise bearbeiteten und besonders bevorzugt im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 2 ausgebildet ist und in den mittels eines Bearbeitungswerkzeugs 3, das bevorzugt ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung ist, ein Spanaufnahmebereich 4 in dem Grundkörper 2 bevorzugt spiralförmig ausgebildet wird. Das Bearbeitungswerkzeug 3 kann neben anderen Werkzeugen bevorzugt ein Schleifwerkzeug oder ein Fräswerkzeug sein. Mit dem Bearbeitungswerkzeug 3 oder einem weiteren Bearbeitungswerkzeug ist in dem in 1 dargestellten Bearbeitungsschritt, in dem der Spanaufnahmebereich 4 ausgebildet wird oder in einem nachgelagerten Bearbeitungsschritt, neben dem Erzeugen des Spanaufnahmebereichs 4 bevorzugt ebenfalls die Schneide 5 des Fräswerkzeugs 1 am Grundkörper 2, insbesondere im Bereich des Übergangs zwischen dem Spanaufnahmebereich 4 und der Grundkörperumfangsfläche, ausbildbar.
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Die Schneide 5 bildet einen Winkel gegenüber der Umfangsfläche aus. Dieser Winkel kann bei mehreren Schneiden gleich oder verschieden sein.
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In 2 ist der Grundkörper 2 mit dem eingearbeiteten Spanaufnahmebereich 4 dargestellt. Der Spanaufnahmebereich 4 ist durch eine sphärische, bevorzugt bogenförmige und besonders bevorzugt teilkreisförmige Kurve bzw. den ersten Kurvenanteil 7 dargestellt. Durch das Bezugszeichen 6 wird das Zentrum bzw. die Rotationsachse des Grundkörpers 2 bezeichnet. Der erste Kurvenanteil 7 bzw. der Spanaufnahmebereich 4 erstreckt sich bevorzugt lediglich in einem Bereich der Querschnittsfläche des Fräswerkzeugs 1, wobei der Bereich sich besonders bevorzugt maximal über die Hälfte der Querschnittsfläche und/oder nicht über das Zentrum 6 des Grundkörpers 2 hinweg erstreckt. Der Spanaufnahmebereich 4 wird z. B. durch die Schneide 5 und die Kante 9 begrenzt.
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In 3 ist ein weiterer Bearbeitungsschritt dargestellt. Der Grundkörper 2 wird dabei mittels eines weiteren Werkzeugs 8 oder einem ähnlichen bzw. demselben Werkzeug, wie z. B. in 1, bevorzugt spanend bearbeitet. Durch diesen Bearbeitungsschritt wird der Spanaufnahmebereich 4 vergrößert, wodurch beispielsweise eine bessere Spanabfuhr erfolgen kann. Die Vergrößerung des Spanaufnahmebereichs 4 erfolgt dabei durch Ausbilden einer bevorzugt wellenförmigen Körperkante des Fräswerkzeugs 1. Die bevorzugt wellenförmige Körperkante lässt sich beispielsweise unterschiedlichen Querschnitten durch das Fräswerkzeug 1 entnehmen. Ein Querschnitt erfolgt dabei bevorzugt in der Ebene rechtwinklig zu der Drehachse bzw. zum Zentrum 6 des Grundkörpers 2. Aufgrund des sich in Längsrichtung bzw. in Richtung der Drehachse spiralförmig am Grundkörper 2 erstreckenden Spanaufnahmebereichs 4 ist die wellenförmig ausgebildete Kurve in verschiedenen Querschnitten verschieden geneigt bzw. orientiert.
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4 ist zu entnehmen, dass die Vergrößerung 10 des Spanaufnahmebereichs 4 einem Bearbeiten bzw. Abschleifen oder Abfräsen der Kante 9 (vgl. 2) entspricht. Die dabei resultierende neue Körperkanten 11, 13 bzw. der zweite Kurvenanteil 14 weist lineare oder sphärische, bevorzugt bogenförmige oder teilkreisförmige Kurvenanteile auf. Es ist weiterhin denkbar, dass der Übergang vom ersten Kurvenanteil 7 des Spanaufnahmebereichs 4 zu dem zweiten bzw. weiteren Kurvenanteil 14 fließend oder durch einen abrupten Steigungswechsel bzw. einer abrupten Steigungsveränderung erfolgt. 4 ist eine derartige abrupte Steigungsveränderung, die mit dem Bezugszeichen 11 als Übergang bezeichnet wird, zu entnehmen. Bevorzugt weist der zweite Kurvenanteil 14 in einer Querschnittsbetrachtung den gleichen Radius oder einen größeren Radius auf als der erste Kurvenanteil 7. Besonders bevorzugt ist jedoch der Radius des zweiten Kurvenanteils 14 kleiner als der Radius des ersten Kurvenanteils 7. Wobei der Radius auch jeweils als durchschnittlicher Abstand zu einem Kurvenzentrum 15a, 15b verstanden werden kann. Der Spanaufnahmebereich 4 wird z. B. durch die Schneide 5 und die Kante 11 oder die Kante 13, die den zweiten Kurvenanteil 14 gegenüber der Umfangsfläche 21 des Grundkörpers 2 abgrenzt, begrenzt.
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5 offenbart eine weitere Darstellung des Grundkörpers 2, in dem mit einem Bearbeitungswerkzeug 3, 8 ein weiterer Spanaufnahmebereich 12 in den Grundkörper 2 eingearbeitet wird.
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In 6 ist ebenfalls eine weitere Darstellung des Grundkörpers 2 gezeigt, in diesem Grundkörpers 2 wird mittels eines weiteren Bearbeitungswerkzeugs 8 der zweite Kurvenanteil 14 eingearbeitet. Es ist hierbei vorstellbar, dass mittels den Bearbeitungswerkzeugen 3, 8 oder weiteren Bearbeitungswerkzeugen weitere von den Kurvenanteilen 7, 14 verschiedene Kurvenanteile oder Rillen oder ähnliches stets über die gleiche Grundkörperlänge und/oder verschiedene Grundkörperlängenanteile bevorzugt in Längsrichtung der Drehachse eingearbeitet werden.
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In 7 ist eine weitere perspektivische Darstellung des Fräswerkzeugs 1 gezeigt, wobei das Fräswerkzeug 1 in dem Spanaufnahmebereich 4 eine Erhebung 16 aufweist. Diese Erhebung 16 ist dreiecksförmig ausgebildet und erstreckt sich spiralförmig ausgehend von der Stirnseite 20, insbesondere einer Stirnfläche, zumindest teilweise und bevorzugt über ein Drittel, die Hälfte, dreiviertel oder die vollständige Länge des Spanaufnahmebereichs 4.
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8 ist eine perspektivische Darstellung des Fräswerkzeugs 1 zu entnehmen, wobei das Fräswerkzeug 1 in dieser Darstellung im Wesentlichen gleichförmig ausgebildete Spanaufnahmebereiche 4 aufweist. Es ist hierbei jedoch ebenfalls denkbar, dass die Spanaufnahmebereiche 4, 12 unterschiedliche Tiefen und unterschiedliche Radien aufweisen. Tiefe ist hierbei bevorzugt als der jeweils minimale Abstand des jeweiligen Spanaufnahmebereichs 4, 12 zu der Drehachse 6 zu verstehen.
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9 offenbart ein Fräswerkzeug 1, dessen Querschnitt Körperkanten aufweisen, die wellenartig ausgebildet sind. Es erschließt sich daraus, dass durch die Bezeichnung „wellenartig” nicht zwingend gleichförmig ausgebildete gegeneinander gerichtete Kurvenabschnitte verstanden werden müssen, sondern ebenfalls stark variierende Kurvenabschnitte, wie bei spielsweise der Spanaufnahmebereich 4, die Rillen 17, 18 und die Erhebung 16 verstanden werden können. Es ist ebenfalls denkbar, dass anstelle bzw. zusätzlich zur Erhebung 16 weitere Erhebungen vorgesehen sind. Dies gilt ebenfalls für die Rillen 17, 18, wodurch anstelle der Rillen 17, 18 bzw. zusätzlich zu den Rillen 17, 18 weitere ähnliche und/oder verschieden ausgebildete Rillen vorgesehen sein können.
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10 ist das in 9 dargestellte Fräswerkzeug 1 ohne das Bearbeitungswerkzeug 8 zu entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fräswerkzeug
- 2
- Grundkörper
- 3
- Bearbeitungswerkzeug
- 4
- Spanaufnahmebereich
- 5
- Schneide
- 6
- Rotationsachse
- 7
- erster Kurvenanteil
- 8
- weiteres Bearbeitungswerkzeug
- 9
- Kante
- 10
- Vergrößerung des Spanaufnahmebereichs
- 11
- Übergang
- 12
- weiterer Spanaufnahmebereich
- 13
- Kante
- 14
- zweiter Kurvenanteil
- 15a, 15b
- Kurvenzentrum
- 16
- Erhebung
- 17, 18
- Rillen
- 20
- Stirnseite
- 21
- Umfangsfläche
