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Die Erfindung betrifft eine Schneidplatte für ein in Axialrichtung arbeitendes Fräswerkzeug zur Erzeugung von tiefen Bohrungen mit einer Bohrtiefe, die größer ist als ein Durchmesser des Fräswerkzeugs, mit einem Grundkörper und einer an einer Stirnfläche des Grundkörpers angeordneten Schneidkante, sowie ein Fräswerkzeug mit einer solchen Schneidplatte.
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Aus der
DE 20 2007 006 878 U1 ist ein Fräswerkzeug bekannt, mit dem umfangsseitig und in Axialrichtung (stirnseitig) gearbeitet werden kann. Das Werkzeug besteht aus einem metallischen Grundkörper mit einem Schaft der an seinem einen Ende zur Befestigung in einer Antriebesspindel einer Holzbearbeitungsmaschine ausgebildet ist. Das Ende des Schafts kann zylindrisch oder kegelförmig ausgeführt sein. Umfangsseitig ist eine Mehrzahl von Schneidelementen, vorzugsweise aus Hartmetall oder Diamant lösbar befestigt. Entlang des Schaftes verlaufen in Axialrichtung mindestens zwei als Wendel ausgebildete Spanraumnuten. Die umfangsseitigen Schneidelemente sind axial versetzt angeordnet, sodass die Lücke zwischen axial benachbarten Schneidelementen immer durch ein in Drehrichtung folgendes Schneidelement überdeckt wird. Stirnseitig ist eine weitere Schneide vorgesehen, die mit dem Grundkörper verlötet ist. Über diese Schneide wird es möglich, auch in Axialrichtung Bohroperationen auszuführen. Damit ist das Werkzeug vielseitig einsetzbar. Zum Konturfräsen, zum Fügen, zum Nutfräsen und zum Bohren.
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Nachteilig an diesem Werkzeug ist die unzureichende Späneabfuhr beim axialen Einbohren. Speziell bei Werkzeugdurchmessern unter 50 mm kann es deshalb insbesondere bei der Bearbeitung von Vollholz zu Brandspuren am Werkstück kommen. Bei Bohrtiefen, die tiefer als der Werkzeugdurchmesser ausgeführt werden, ist eine zeitaufwendige Zwischenentleerung durch Zurückziehen des Fräswerkzeuges erforderlich. Die Ursache für die unzureichende Späneabfuhr liegt im Verkeilen und Verstopfen der Späne an den Befestigungsmitteln der Schneiden und in den Schneidenzwischenräumen begründet.
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Die
DE 20 2007 017 908 U1 zeigt ein Bohrwerkzeug mit mindestens einer Schneide an der Stirnfläche zwischen der Mittelachse und einer radial außen liegenden Schneidenecke, die mindestens einen sich in axialer Richtung erstreckenden Schneidenzahn aufweist. Zum Fräsen ist dieses Bohrwerkzeug nicht geeignet. Es ist zum Bohren in Sandwichplatten vorgesehen und soll Ausfransungen oder ausgeschnittene Deckel der oberen Deckschicht vermeiden, was als grundlegender Nachteil von Bohrern für Holz und holzartigen Werkstoffen beschrieben wird.
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Aus der
DE 43 12 719 A1 ist eine Wendeschneidplatte aus Hartmetall bekannt, bei der zur Vermeidung der zu schnellen Abnutzung des Hartstoffs die Zwischenbereiche zwischen Einsenkungen, die an der Spanfläche derart eingebracht sind, dass sie unterhalb der Schneidkante die Freifläche schneiden und dort bogenförmig in die Schneidkante wieder übergehende Schneidkanten-Bögchen bilden, mit einem kleineren Gefälle versehen sind wie die Einsenkungen selbst. Hierzu wird das Ende des Zwischenbereichs vor das Ende des Bodenbereichs der Einsenkung gelegt. Dadurch wird der Span vom Ende des Zwischenbereichs umgelenkt.
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Die
US 7,591,614 B2 offenbart eine im Wesentlichen quadratische Schneidplatte mit in den Schneidkanten vorgesehenen Ausnehmungen. Diese Schneidplatte ist nicht geeignet, in einem Fräswerkzeug verwendet zu werden, das in seiner Axialachse arbeitet, um tiefe Bohrungen mit einer Bohrtiefe, die größer ist als der Durchmesser des Fräswerkzeugs zu erzeugen, verwendet zu werden, weil die stirnseitigen Schneiden nicht bis ins Zentrum zur Rotationsachse reichen. Ein solches Werkzeug benötigt zur axialen Bearbeitungsrichtung eine radiale Vorschubkomponente. Das Werkzeug ist deshalb nur zum Tauchfräsen oder zum spiralförmigen Einbohren in ein Werkstück geeignet.
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Von dieser Problemstellung ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schneidplatte so fortzubilden, dass sie in Verbindung mit einem Fräswerkzeug zur Erzeugung von tiefen Bohrungen mit einer Bohrtiefe, die größer ist als ein Werkzeugdurchmesser, geeignet ist, Bohrungen in einem Hub zu erzeugen, ohne dass sich Späne verklemmen oder Brandspuren am Werkstück entstehen.
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Zur Problemlösung zeichnet sich eine gattungsgemäße Schneidplatte dadurch aus, dass eine Projektionsfläche des Grundkörpers sich zu der der Schneidkante gegenüberliegenden Seite verjüngt, der Grundkörper eine zentrale Befestigungsbohrung aufweist, und die Stirnfläche mindestens eine die Schneidkante unterbrechende Ausnehmung aufweist.
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Die mindestens eine Ausnehmung bildet eine Unterbrechung in der Schneidkante und dient damit als Spanteiler. Durch die zu einer Seite hin verjüngende Ausgestaltung des Grundkörpers wird sichergestellt, dass die Schneidplatte seitlich nicht über den Schneidenflugkreis der Umfangsschneiden eines Fräswerkzeuges hinausragen kann. Die Projektionsfläche des Grundkörpers kann dreieckförmig, halbkreisförmig oder auch trapezförmig ausgebildet sein. Wesentlich ist nur, dass die der Stirnfläche gegenüberliegende Seite kürzer ausgebildet ist.
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Der Querschnitt der den Spanteiler bildenden Ausnehmung kann rechteckig, trapezförmig, dreieckförmig oder halbreisförmig ausgebildet sein.
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Vorzugsweise sind zwei Ausnehmungen vorgesehen, die spiegelsymmetrisch zur Mitte der Schneidkante angeordnet sind. Es können aber auch drei oder mehr Ausnehmungen vorgesehen sein.
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Die Projektionsfläche des Grundkörpers ist vorzugsweise im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und um den für die Schneidplatte benötigten Bauraum im Fräswerkzeug möglichst klein zu halten, ist der der Stirnfläche gegenüberliegende Bereich des Grundkörpers gerundet.
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Vorzugsweise weist der Grundkörper an einer Seite der Stirnfläche eine Abflachung auf. Unter der Abflachung ist zu verstehen, dass sich die Dicke des Grundkörpers an dieser Stelle bzw. in diesem Bereich reduziert (vgl. 10a–c). Die Abflachung kann schräg oder stufenförmig sein.
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Ein Fräswerkzeug zur umfangseitigen und stirnseitigen Bearbeitung von Holz, Holzwerkstoffen und/oder Kunststoffen mit einem sich in Richtung der Axialachse erstreckenden Werkzeuggrundkörper mit einer Stirnseite und mindestens zwei in Axialrichtung wendelförmig verlaufenden Spanraumnuten und umfangseitig einer Mehrzahl lösbar befestigter Schneidplatten, die in ihrer Gesamtheit ebenfalls wendelförmig verlaufen, zeichnet sich dadurch aus, dass in der Stirnseite mindestens eine erste, Schneidplatte mit einer Stirnfläche, an der eine erste Schneidkante ausgebildet ist, und eine zweite Schneidplatte mit einer zweiten Schneidkante lösbar befestigt sind, dass die Stirnfläche mindestens eine die Schneidkante unterbrechende Ausnehmung aufweist, und dass die zweite Schneidkante mit der ersten Schneidkante derart zusammenwirkt, dass sie bei sich drehendem Fräswerkzeug zumindest den in Folge der mindestens einen Ausnehmung ungeschnittenen Bereich zerspanen kann.
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Die erste und zweite Schneidkante liegen vorzugsweise axial auf derselben Ebene. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Späne beim Einbohren in der Breite geteilt werden. Die erste Schneidkante zerspant in den Bereichen außerhalb der Ausnehmungen und die zweite Schneidkante zerspant die von der Ausnehmung ausgelassenen Bereiche. Dadurch werden die Späne in der Breite gebrochen und dadurch aufgelockert und lassen sich besser durch die wendelförmig verlaufenden Spanräume abführen.
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Dadurch wird erreicht, dass bei axialer Vorschubbewegung des Werkzeuges (beim Einbohren) die Späne in der Breite gebrochen werden. Durch die Anordnung der ersten und zweiten Schneidkante in derselben axialen Ebene wird erreicht, dass am Ende der Vorschubbewegung ein ebener Bohrungsgrund erzeugt wird. Die Spuren der Unterbrechungen in der Schneidkante sind am Werkstück nicht sichtbar.
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Wenn bei größeren Werkzeugdurchmessern der Werkzeugradius größer ist als die Länge der ersten Schneidkante, kann die zweite Schneidkante eine identische Form wie die erste Schneidkante aufweisen und dann derart radial versetzt positioniert sein, dass die Ausnehmungen beider Schneiden nicht in derselben Spur arbeiten.
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Die Schneidkanten der Schneidplatten müssen nicht exakt rechtwinklig (zur Werkzeugdrehachse) verlaufen, sondern können geringfügig um einen Winkel geneigt angeordnet werden, derart, dass die jeweils radial äußere Ecke gegenüber dem Zentrum in axialer Richtung geringfügig hervorsteht. Damit kann dann beim Fräsen eine ebene Fläche erzeugt werden, wobei die Schneidkante nicht auf der gesamten Länge reibt. Der Neigungswinkel α liegt üblicherweise im Bereich von 0,5° bis 2°.
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Die Stirnseite des Werkzeuggrundkörpers weist zur Aufnahme der Schneidplatten vorzugsweise eine den Umfangskonturen der Schneidplatten entsprechende Vertiefung auf, und die Tiefe der Vertiefungen entspricht der Dicke der Schneidplatten oder ist geringfügig kleiner, sodass die erste und zweite Schneidkante in Axialrichtung nur geringfügig über die Stirnseite des Werkzeuggrundkörpers hervorstehen. Eine solche Ausbildung ist insbesondere auch für die umfangsseitig in dem Werkzeuggrundkörper angeordneten Schneidplatten von Bedeutung, damit deren Schneidkante auch nur geringfügig radial über den Grundkörper hervorsteht. Dadurch werden die Lücken zwischen den Schneidplatten gut ausgefüllt, sodass sich dort keine Späne verklemmen können. Durch diese Ausgestaltung kann der Werkzeuggrundkörper die Späne ausräumen, ohne selbst an der Zerspanung beteiligt zu sein.
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Der stirnseitige und/oder radiale Überstand der Schneidkanten beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm.
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Zur einfachen Befestigung sind die Schneidplatten vorzugsweise mit dem Werkzeuggrundkörper verschraubt. Die Befestigungsbohrungen in den Schneidplatten sind hierzu vorzugsweise als Senkbohrung ausgeführt. Für die Befestigung können dann Senkschrauben vorgesehen werden, deren konischer Kopf in der korrespondierenden Ansenkung in den Schneidplatten flächenbündig zu der Schneidplattenoberfläche aufgenommen werden kann.
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Zur Erhöhung der Zerspanungsleistung und insbesondere auch für einen ruhigeren Lauf kann das Fräswerkzeug auch mit mehr als zwei wendelförmigen Spanraumnuten ausgeführt sein. Vorzugsweise sind drei Spanraumnuten vorgesehen. Die Spanraumnuten sind vorzugsweise glatt und ohne Störkonturen für einen reibungslosen Spänefluss ausgeführt. Hierzu sind die umfangsseitigen Schneidplatten im Wesentlichen tangential angeordnet und von radial außen befestigt. Durch den geringen Überstand gehen die Spanflächen annähernd flächenbündig in den Spanraum über.
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Für eine gute Späneabfuhr beim axialen Einbohren wirkt es sich insbesondere vorteilhaft aus, wenn die beiden Spanraumnuten, die mit der ersten und zweiten axialen Schneidkante zusammenwirken, im Querschnitt durch die Werkzeugdrehachse größer ausgebildet sind, als die weiteren Spanraumnuten, die nicht mit einer der ersten und/oder zweiten Schneidkante zusammenwirken. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Teilungswinkel zwischen den zu einer Spanraumnut gehörenden umfangsseitigen Schneidenreihen ungleich sind. Durch diese sogenannte Ungleichteilung wird zusätzlich verhindert, dass das Fräswerkzeug durch die Eingriffe der Schneidkanten periodisch zum Schwingen angeregt wird.
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Zur Erhöhung der Bearbeitungsqualität ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Schneidkanten der umfangsseitigen Schneidplatten ballig (konvex) ausgeführt oder die Ecken angefast sind, damit sich auf der Werkstückoberfläche beim Fräsen keine scharfkantigen Stufen zwischen axial benachbarten Schneidplatten abzeichnen.
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Mit Hilfe einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:
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1 – die perspektivische Darstellung eines Fräswerkzeuges;
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2 – die Seitenansicht des Werkzeuges am stirnseitigen Ende;
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3 – die Draufsicht auf die Stirnseite des Werkzeugs nach 2;
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4 – eine vergrößerte Darstellung der 3;
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5 – eine Detailansicht des stirnseitigen Werkzeugbereichs;
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6 – eine Detailansicht des stirnseitigen Werkzeugbereichs, gegenüber der Darstellung in 5 verdreht;
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6a – eine vergrößerte Teildarstellung aus 6;
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7 – die schematische Draufsicht auf die Stirnfläche bei verschiedenen Varianten von Ausnehmungen als Spanteiler;
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8 – eine 7 entsprechende Darstellung für weitere Varianten von Ausnehmungen als Spanteiler;
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9 – eine der 4 entsprechende Darstellung mit zwei identisch ausgebildeten Schneidplatten;
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10a–10c – verschiedene perspektivische Darstellungen der ersten Schneidplatte.
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Das Fräswerkzeug 1 besteht aus einem sich in Axialrichtung A erstreckenden Werkzeuggrundkörper 3, an dessen einem Ende ein zylindrisch oder kegelförmig ausgeführter Schaft 2 vorgesehen ist, mit dem das Fräswerkzeug 1 in einer Antriebsspindel einer Holzbearbeitungsmaschine aufgenommen werden kann. Am gegenüberliegenden Ende des Werkzeuggrundkörpers 3 ist eine Stirnseite 10 ausgebildet. In Richtung seiner Axialachse A sind wendelförmig verlaufende Spanraumnuten 4, 6, 7 in dem Werkzeuggrundkörper 3 vorgesehen. Ebenfalls wendelförmig in Axialrichtung A sind eine Vielzahl neben den Spanraumnuten 4, 6, 7 angeordnete Schneidelemente 5 vorgesehen, an denen Umfangsschneiden 15 ausgebildet sind. Die Umfangsschneiden 15 sind vorzugsweise aus Schnellarbeitsstahl, Hartmetall, Keramik oder Diamant ausgebildet und in Axialrichtung A so versetzt angeordnet, dass die Lücke 11 zwischen benachbarten Schneidelementen 5 immer durch mindestens ein in Drehrichtung D folgendes Schneidelement 5 überdeckt wird.
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An der Stirnseite 10 sind zwei in Richtung der Axialachse A wirkende Schneidplatten 8, 9 angeordnet. Das erste Schneidelement 8 besteht aus dem Grundkörper 8a, der eine im Wesentlichen dreieckförmige Projektionsfläche aufweist, der Befestigungsbohrung 8f und mindestens einer in die Stirnfläche 8g eingebrachten Ausnehmung 8b, die die Schneidkante 8c unterbricht und als Spanteiler wirkt. Die Schneidkante 8c verläuft radial und erstreckt sich nach radial außen bis an den Flugkreis der Umfangsschneiden 15 der Schneidelemente 5. An der der Stirnfläche 8g gegenüberliegenden Seite 8e ist der Grundkörper 8a abgerundet. Die Projektionsfläche des Grundkörpers 8a könnte auch halbkreisförmig oder trapezförmig ausgebildet sein.
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Wie 4 zeigt, ragt die Stirnfläche 8g radial nach innen über das Zentrum Z1 des Fräswerkzeugs 1 hinaus. In dem Bereich 8h, der über das Zentrum Z1 hinausragt ist der Grundkörper 8a mit einer Abflachung 8h versehen. Seitlich der Stirnfläche 8g ist der Grundkörper 8a abgeschrägt, wir 10a bis 10c deutlich zeigen.
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Die zweite Schneidplatte 9 ist so angeordnet, dass deren zweite Schneidkante 9c, die sich ebenfalls in radialer Richtung erstreckt, den Bereich 14 überdeckt, der in Folge der Ausnehmungen 8b von der ersten Schneidplatte 8 nicht geschnitten wird. Beide Schneidplatten 8, 9 sind in ihren Umfangskonturen entsprechenden Vertiefungen im Werkzeuggrundkörper 3 eingesetzt. Die Tiefen der Vertiefungen entsprechen dabei der Dicke D8 der Schneidplatte 8, 9 bzw. ist geringfügig kleiner, sodass die erste 8c und zweite 9c Schneidkante nur geringfügig, das heißt 0,1 bis 0,5 mm, über die Stirnseite 10 des Werkzeuggrundkörpers 3 hervorragen. Wie 6a zeigt, ist auch die Dicke D5 der Schneidplatten 5 nur geringfügig dicker als die Tiefe der Ausnehmungen, in der die Schneidplatten 5 sitzen. Der radiale Überstand h der Schneidkanten 15 gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 3 beträgt auch nur 0,1 bis 0,5 mm.
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Die erste Schneidplatte 8 wirkt mit der ersten Spanraumnut 7 und das zweite Schneidplatte 9 mit der zweiten Spanraumnut 4 zusammen. Die erste Schneidplatte 8 zerspant in den Bereichen außerhalb der als Spanteiler wirkenden Ausnehmungen 8b und die zweite Schneidplatte 9 zerspant die von dem Spanteiler ausgelassenen Bereiche 14. Dadurch werden die Späne in der Breite gebrochen und aufgelockert und lassen sich leicht durch die als Wendel verlaufenden Spanräume 4, 7 abführen. Grundsätzlich könnte die zweite Schneidplatte 9 eine zur ersten Schneidplatte 8 identische Form aufweisen und hierzu radial versetzt im Werkzeuggrundkörper 3 positioniert sein, sodass die Spanteiler beider Schneidkanten 8c, 9c nicht in derselben Spur arbeiten (vgl. 9). Für möglichst kleine Werkzeugdurchmesser ist es jedoch vorteilhaft, wenn die zweite Schneidplatte 9 kleiner ist als die erste Schneidplatte 8 und eine geradlinig verlaufende Schneidkante 9c aufweist. Anstelle von Ausnehmungen 8b kann die Schneidkante 8c der Schneidplatte 8 auch mit einer Verzahnung oder einer Wellenform der Schneidkante 8c erreicht werden. Mögliche Ausgestaltungen zeigen die 7 und 8 schematisch.
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Wie 10a bis 10c zeigen, sind die Ausnehmungen 8b so ausgeführt, dass ihre untere Wandung in Richtung der Befestigungsbohrung 8f ansteigt. Die Ausnehmungen 8b weisen also keine Quaderform auf, sondern sind eher keilförmig ausgebildet.
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Die wendelförmig ausgeführten Spanräume 4, 6, 7 sind glatt und ohne Störkonturen für einen reibungslosen Spänefluss ausgeführt. Die umfangsseitigen Schneidplatten 5 sind im Wesentlichen tangential angeordnet und von radial außen ebenfalls mit Schrauben 16 im Werkzeuggrundkörper 3 befestigt. Die Schneidplatten 5 sind so in den Werkzeuggrundkörper 3 eingebettet, dass die Lücken 7 zwischen den Schneidplatten 5 ausgefüllt sind und sich keine Späne dort verklemmen können. Die Spanflächen gehen annähernd flächenbündig in die Spanräume 4, 6, 7 über. Die Schneidkanten 8c, 9c der Schneidplatten 8, 9 liegen bevorzugt in derselben Ebene. Dadurch bildet sich beim axialen Einbohren eine ebene Fläche im Bohrungsgrund aus. Die Spuren der Ausnehmungen 8b sind im Bohrungsgrund nicht sichtbar. Die Schneidplatten 8, 9 müssen aber nicht exakt rechtwinklig zur Axialachse A angeordnet sein, sondern können um einen Neigungswinkel α geneigt angeordnet werden, sodass die jeweils radial äußeren Ecken der Schneidkanten 8c, 9c gegenüber dem Zentrum Z in axialer Richtung geringfügig hervorstehen. Dadurch wird beim Fräsen in radialer Richtung eine ebene Fläche erzeugt und die Schneidkante 8c, 9c reibt nicht auf der gesamten Länge. Der Neigungswinkel α liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,5° bis 2°.
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Für eine gute Späneabfuhr beim axialen Einbohren wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn die beiden mit den Schneidplatten 8, 9 zusammenwirkenden Spanraumnuten 7, 4 im Querschnitt (senkrecht zur Werkzeugdrehachse A) größer ausgebildet sind als die weitere Spanraumnut 6. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die Teilungswinkel zwischen den zu einer Spanraumnut 4, 7 umfangseitig gehörenden Reihen von Schneidplatten 5 ungleich sind. Durch diese Ungleichteilung wird zusätzlich verhindert, dass das Fräswerkzeug 1 durch die Schneideneingriffe periodisch zum Schwingen angeregt wird.
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Besonders vorteilhaft für die Späneabfuhr, insbesondere bei der Bearbeitung harziger Hölzer, wirkt es sich aus, wenn der Werkzeuggrundkörper 3 wenigstens in den Spanräumen 4, 6, 7 eine reibungsmindernde Beschichtung mit Antihaftwirkung aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fräswerkzeug
- 2
- Schaft
- 3
- Werkzeuggrundkörper
- 4
- Spanraum
- 5
- Schneidplatte
- 6
- Spanraum
- 7
- Spanraum
- 8
- Schneidplatte
- 8a
- Grundkörper
- 8b
- Ausnehmung/Spanteiler
- 8c
- Schneidkante
- 8d
- Abschrägung
- 8e
- Seite/Abrundung
- 8f
- Befestigungsbohrung
- 8g
- Stirnfläche
- 8h
- Abflachung
- 9
- Schneidplatte
- 9c
- Schneidkante
- 10
- Stirnseite
- 11
- Zwischenraum
- 12
- Flugkreisdurchmesser
- 13
- Schraube
- 14
- Arbeitsbereich
- 15
- Schneidkante
- 16
- Schraube
- A
- Axialachse/Axialrichtung
- D
- Drehrichtung
- D5
- Dicke
- D8
- Dicke
- Z1
- Zentrum
- Z8c
- Mitte
- α
- Neigungswinkel
