DE102016104005A1

DE102016104005A1 - Fräswerkzeug

Info

Publication number: DE102016104005A1
Application number: DE102016104005.3A
Authority: DE
Inventors: Berend Denkena; Dennis Nespor
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug (1), insbesondere einen Walzenstirnfräser (1), mit wenigstens zwei Wendeschneidplatten (12), wobei die beiden Wendeschneidplatten (12) in Längsrichtung (y) des Walzenstirnfräsers (1) derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass sie sich in einem Überlappungsbereich (15) um eine Überlappung (t) überlappen, und wobei die beiden Wendeschneidplatten (12) in Umfangsrichtung (U) des Walzenstirnfräsers (1) derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass ihre Schneidkanten (13) eine resultierende Schneide (14) des Walzenstirnfräsers (1) bilden. Das Fräswerkzeug (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schneidkante (13) wenigstens einer Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beider Wendeschneidplatten (12), zumindest abschnittsweise eine Kontur aufweist, so dass sich zumindest abschnittsweise eine nicht-gerade resultierende Schneide (14) des Fräswerkzeugs (1) ergibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Fräsverfahren mit einem derartigen Fräswerkzeug gemäß dem Anspruch 10.
Bei der Fräsbearbeitung ist die Produktivität ein entscheidender Aspekt. Dies gilt insbesondere für die Schruppzerspanung, die dem Abheben von Werkstoff mit großem Zeitspanvolumen dient. Hierbei soll das Werkstück in möglichst kurzer Bearbeitungszeit der Endkontur so weit wie möglich angenähert werden, indem grobzahnige Werkzeuge und eine große Schnitttiefe angewendet werden, so dass ein großes Spanvolumen entsteht. Schruppprozesse werden insbesondere bei der Herstellung von Integralbauteilen aus Titanlegierungen sowie Aluminiumlegierungen für die Luftfahrtindustrie eingesetzt.
Als Fräsverfahren wird beim Schruppen üblicherweise das Umfangsfräsen angewendet, welches auch als Flankenfräsen bezeichnet werden kann. Als Fräswerkzeuge können Walzenstirnfräser verwendet werden, deren sich in Längsrichtung erstreckende (Haupt-)Schneiden hierbei zum Einsatz kommen. Die Schneiden erstrecken sich jeweils spiral- bzw. wendelförmig in Längsrichtung des Werkzeugs. Mehrere Schneiden sind in Richtung des Werkzeugumfangs versetzt angeordnet. Auf diese Weise kann eine große Fläche des Werkstücks auf Maß gefräst werden. Dies kann zu einer hohen Produktivität führen.
Als Walzenstirnfräser können sowohl Wendeschneidplattenfräser als auch Vollhartmetallfräser eingesetzt werden. Walzenstirnfräser mit Wendeschneidplatten weisen den Vorteil auf, dass beschädigte und bzw. oder verschlissene Wendeschneidplatten einzeln ausgetauscht werden können. Die austauschbaren Wendeschneidplatten können spiralförmig nebeneinander an dem Werkzeugkörper angeordnet sein, so dass die benachbarten Wendeschneidplatten jeweils gemeinsam eine Schneide bilden können. Walzenstirnfräser können eine hohe Produktivität und Prozesssicherheit z.B. bei Titanlegierungen sowie auch bei anderen schwer zerspanbaren Materialien oder Stahllegierungen sowie Aluminiumlegierungen ermöglichen.
Dem Vorteil der hohen Produktivität bei der Schruppzerspanung steht der Nachteil gegenüber, dass der Schruppvorgang meist raue Oberflächen mit geringer Maßgenauigkeit hinterlässt, so dass die exakte Endkontur des Werkstücks in weiteren Durchläufen mit feineren Werkzeugen erzeugt werden muss. Dieser anschließende Prozess wird Schlichten genannt. Hierbei werden feinere Späne abgenommen und eine glattere Oberfläche erzielt. Dies kann jedoch zu einem zusätzlichen Aufwand führen, der die durch das Schruppen erreichte Produktivität wieder verringern kann.
Daher werden üblicherweise für Walzenstirnfräser rechteckige Wendeschneidplatten verwendet, so dass die Wendeschneidplatten einer Schneide eine gerade resultierende Schneidkante bilden. Hierdurch soll eine gerade Kontur am Werkstück erzeugen werden, welche der gewünschten Endkontur möglichst gut entsprechen soll. Dies kann zu einer Minimierung der Nachbearbeitung beim Schlichten führen. Hierdurch soll der Aufwand des Schlichtens möglichst gering gehalten und die erhöhte Produktivität der Schruppzerspanung erhalten werden.
Die DE 43 25 999 A1 betrifft ein rundlaufendes Schneidwerkzeug in Form eines Walzenstirnfräsers mit Wendeschneidplattenbestückung für die Metallbearbeitung. Die Wendeschneidplatten sind rechteckig bzw. quadratisch ausgebildet. Die Wendeschneidplatten einer Schneide sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, so dass sie eine spiralförmige bzw. wendelförmige Schneide bilden. Die benachbarten Wendeschneidplatten einer Schneide überlappen sich in Längsrichtung geringfügig und so weit, dass Lücken zwischen benachbarten Wendeschneidplatten vermieden werden können. Hierdurch können die rechteckigen Wendeschneidplatten einer Schneide eine gerade und durchgängige Schneidkante bilden.
Die US 5,944,456 betrifft einen Walzenstirnfräser mit zwei Schneiden. Die Wendeschneidplatten sind in Längsrichtung des Werkzeugkörpers rechteckig länglich ausgebildet und weisen abgerundete Ecken auf. Die benachbarten Wendeschneidplatten einer Schneide sind in Längsrichtung zueinander beabstandet angeordnet. Die Wendeschneidplatten der beiden Schneiden sind derart in Längsrichtung gegeneinander versetzt, dass die Mitte einer Wendeschneidplatte einer Schneide mittig zwischen zwei Wendeschneidplatten der anderen Schneide liegt.
Die DE 38 00 747 A1 beschreibt ein Fräswerkzeug mit einem Werkzeugkörper, der an seinem Umfang drei in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen gegeneinander versetzte, wendelförmige zur Rotationsachse verlaufende Spannuten aufweist. Längs einer zumindest angenähert radial sich erhebenden Seitenwand jeder Spannut sind mit Zwischenständen in Längsrichtung zueinander versetzt eine Vielzahl Schneideinsätze mit Schrauben befestigt, von denen jeder Schneideinsatz für sich in einer gesonderten Tasche der Seitenwand befestigt ist. Die Schneideinsätze ragen radial über die Seitenwände der Spannuten hinaus und bilden jeweils gemeinsam die Schneiden des Fräswerkzeugs.
Die Schneideinsätze einer Spannut sind in Richtung der Rotationsachse des Fräswerkzeugs in gleichen Abständen gegeneinander derart versetzt, dass zwischen benachbarten Schneideinsätzen einer der Spannuten jeweils zwei Schneideinsätze der beiden anderen Spannuten ihrerseits gegeneinander in Längsrichtung versetzt zum Eingriff kommen. Durch den gleichmäßigen Versatz der Schneideinsätze über mehrere Spannuten verteilt lässt sich ein größtmöglicher Abstand der Schneideinsätze längs ein und derselben Spannut und damit eine weitgehende Schonung des Kernquerschnitts des Werkzeugkörpers erreichen.
Die Schneideinsätze können Kreisform aufweisen. Durch die Kreisform der Schneideinsätze lässt sich das der Schraube zugeordnete Gewindeloch aus dem Randbereichen des Werkzeugkörpers zur Mitte hin setzen, was die Belastbarkeit der Schraubverbindung erhöhen soll.
Die DE 91 16 913 U1 betrifft einen Schrupp-Schaftfräser, der mehrere am Umfang des Fräserschafts nach Art einer steilen Schraubenganglinie angeordneten Schneidleisten und parallel dazu eingearbeitete Spannuten aufweist. Die Schneidleisten sind durch eine dichte Reihe von kreisrunden Wendeschneidplatten gebildet, die jeweils in formentsprechenden und die Lage der Wendeschneidplatten bestimmenden, in die vorauslaufenden Flanken der Spannuten eingearbeitete Nischen mittels jeweils einer zentrischen Klemmschraube eingeklemmt sind. Der Axialabstand der einzelnen Wendeschneidplatten innerhalb einer Schneidleiste ist geringfügig größer als der Durchmesser einer Wendeschneidplatte. Die einzelnen Wendeschneidplatten benachbarter Schneidleisten sind um einen der Anzahl der Schneidleisten entsprechenden Bruchteil des Axialabstandes der Wendeschneidplatten innerhalb einer Schneidleiste axial zueinander versetzt. Dadurch kann eine Schrupp-Bearbeitungsfläche mit einer relativ geringen Oberflächenrauheit erzielt werden.
Die US 4 093 392 A betrifft ein Fräswerkzeug, welches ebenfalls mehrere Mehrzahlen von kreisrunden Wendeschneidplatten aufweist, welche jeweils gemeinsam eine Schneide bilden. In diesem Fall sind die Wendeschneidplatten in einzelnen Aufnahmen in Längsrichtung zueinander versetzt befestigt, so dass keine durchgängigen spiralförmigen Spannuten gebildet werden. Die einzelnen Wendeschneidplatten ragen jeweils um 10% ihres Durchmessers radial über den Werkzeugkörper hinaus.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fräswerkzeug der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, welches eine Steigerung der Produktivität eines Fräsprozesses ermöglicht. Insbesondere soll die Leistungsaufnahme der Werkzeugmaschine bei einem Fräsprozess mit einem derartigen Fräswerkzeig reduziert werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 sowie die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Fräswerkzeug und insbesondere einen Walzenstirnfräser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit wenigstens zwei Wendeschneidplatten, wobei die beiden Wendeschneidplatten in Längsrichtung des Walzenstirnfräsers derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass sie sich in einem Überlappungsbereich um eine Überlappung überlappen. Ferner sind die beiden Wendeschneidplatten in Umfangsrichtung des Walzenstirnfräsers derart gegeneinander versetzt angeordnet, dass ihre Schneidkanten eine resultierende Schneide des Walzenstirnfräsers bilden. Mit anderen Worten liegen die beiden Wendeschneidplatten in Umfangsrichtung derart abschnittsweise hintereinander, so dass sie eine gemeinsame Schneide bilden.
Das Fräswerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schneidkante wenigstens einer Wendeschneidplatte, vorzugsweise beider Wendeschneidplatten, zumindest abschnittsweise eine Kontur aufweist, so dass sich zumindest abschnittsweise eine nicht-gerade resultierende Schneide des Fräswerkzeugs ergibt. Hierunter ist zu verstehen, dass zumindest ein Abschnitt der resultierenden Schneide des Fräswerkzeugs eine Kontur aufweist, welche nicht gerade in Längsrichtung verläuft. Mit anderen Worten weist zumindest dieser Abschnitt der resultierenden Schneide des Fräswerkzeugs keinen konstanten Radius auf. Dies kann dadurch erreicht werden, indem wenigstens eine Wendeschneidplatte eine nicht-gerade Schneide aufweist, welche Bestandteil der resultierenden Schneide des Fräswerkzeugs ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bisher bekannte gerade resultierende Schneiden von Fräswerkzeugen und insbesondere von Walzenstirnfräsern bei der Durchführung eines Fräsprozesses rein radial zur resultierenden Schneide ausgerichtete Kraftvektoren aufweisen. Hierdurch werden üblicherweise Späne mit einer konstanten Spanungsdicke abgehoben. Mit anderen Worten weisen die Schnittnormalkräfte, welche senkrecht zur Schneide stehen, bei geraden resultierenden Schneiden ausschließlich rein radial orientierte Schnittnormalkraftanteile auf.
Wird nun erfindungsgemäß die resultierende Schneide des Fräswerkzeugs zumindest teilweise nicht-gerade ausgebildet, so können hierdurch die Schnittnormalkraftanteile in einen radialen Anteil und in einen axialen Anteil aufgeteilt werden, so dass ein Anteil der Schnittnormalkraft in Längsrichtung, d.h. in axialer Richtung, zeigt. Dieser Anteil kann als Axialkraftanteil der Schnittnormalkraftanteile bezeichnet werden. Hierdurch kann die Spanungsdicke gezielt beeinflusst werden. Mit anderen Worten können die am Fräswerkzeug angreifenden Schnittnormalkraftanteile nach Beträgen und Richtungen gezielt beeinflusst werden. Hierdurch kann die resultierende Schneide des Fräswerkzeugs zumindest abschnittweise gegenüber der Rotationsachse des Fräswerkzeugs geneigt werden, so dass die am Fräswerkzeug angreifenden Schnittnormalkraftanteile zumindest teilweise in Richtung der Rotationsachse verschoben werden können.
Mit anderen Worten führt die zumindest teilweise Ausrichtung der Schnittnormalkraftanteile aus der rein radialen Richtung weg dazu, dass die an dem Fräswerkzeug angreifenden Schnittnormalkraftanteile Axialkraftanteile aufweisen, welche in Längsrichtung des Fräswerkzeugs zeigen. Dabei sind die Axialkraftanteile der Schnittnormalkraftanteile zweier benachbarter Wendeschneidplatten gegeneinander gerichtet, wodurch sie sich aufheben. Dies kann zu einer Verringerung der Schnittkräfte und damit zu einer Verringerung der Vorschubnormalkraft führen. Die Vorschubkraft kann sich daher erhöhen, weil sich in dieser Richtung die Anteile der Schnittnormalkraftanteile nicht aufheben.
Gleichzeitig können durch die nicht-gerade resultierende Schneide des Fräswerkzeugs sowohl die mittlere Spanungsdicke als auch die sich im Eingriff im Werkstück befindliche resultierende Schneide des Fräswerkzeugs vergrößert werden. Hieraus können eine höhere Leistungsfähigkeit und bzw. oder eine erhöhte Prozessstabilität des Fräsprozesses führen. Auch kann ein verringertes Drehmoment an der Werkzeugmaschine auftreten, welches zu einer verringerten Leistungsaufnahme der Spindel der Werkzeugmaschine führen kann. Mit anderen Worten kann bei konstanter Leistung die Produktivität erhöht werden. Ferner kann der Verschleiß des Fräswerkzeugs reduziert werden.
Das Fräswerkzeug weist vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen gegeneinander versetzte, spiral- bzw. wendelförmige zur Rotationsachse verlaufende Spannuten auf, an deren spiral- bzw. wendelförmigen in Schneiddrehrichtung zeigenden Kanten die sich überlappenden Wendeschneidplatten angeordnet sind. Die Wendeschneidplatten einer Schneide sind dabei sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung versetzt zueinander aber sich gleichzeitig überlappend angeordnet, so dass sie eine spiralförmige bzw. wendelförmige resultierende Schneide bilden. Mit anderen Worten überlappen sich die benachbarten Wendeschneidplatten einer Schneide in Längsrichtung geringfügig und so weit, so dass Lücken zwischen benachbarten Wendeschneidplatten vermieden werden können, woraus eine gemeinsame Schneide des Fräswerkzeugs resultiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Wendeschneidplatte, vorzugsweise beide Wendeschneidplatten, zumindest abschnittsweise eine nicht-gerade Schneide auf. Unter einer geraden Schneide einer Wendeschneidplatte ist eine in Längsrichtung geradlinige Kontur zu verstehen wie z.B. eine Seite einer rechteckigen bzw. quadratischen Wendeschneidplatte. Mit anderen Worten weist die gerade Schneide einen konstanten Radius über ihre gesamte Länge in Längsrichtung auf.
Somit ist unter einer nicht-geraden Schneide einer Wendeschneidplatte jegliche hiervon abweichende Kontur zu verstehen, so dass durch wenigstens eine derartige Wendeschneidplatte, vorzugsweise in Kombination mit einer weiteren gleichartigen oder andersartigen Wendeschneidplatte, eine resultierende Schneide des Fräswerkzeugs ausgebildet werden kann, bei deren Einsatz sich die Schnittnormalkraftanteile der beiden Wendeschneidplatten zumindest teilweise gegenseitig aufheben können. Beispielsweise kann eine derartige nicht-gerade Form ein Halbkreis, ein Kreis, ein Oval, ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und so weiter sein, sofern in Kombination mit der entsprechenden Ausrichtung die zuvor beschriebene Aufhebung der Axialkraftanteile erreicht werden kann.
Eine derartige Kontur an beiden Wendeschneidplatten vorzusehen ist vorteilhaft, weil hierdurch die Anzahl der sich aufhebenden Axialkraftanteile vergrößert werden kann. Auch können die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Schnittnormalkraftanteile bzw. des Fräsprozesses auf diese Weise vergrößert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Wendeschneidplatte, vorzugsweise beide Wendeschneidplatten, zumindest abschnittsweise eine kreisförmige Schneidkante auf. Hierdurch kann eine resultierende nicht-gerade Schneidkante des Fräswerkzeugs ausgebildet werden, welche die zuvor beschriebenen Vorteile aufweisen kann. Gleichzeitig kann eine resultierende Schneidkante des Fräswerkzeugs geschaffen werden, welche noch nicht einmal abschnittsweise eine gerade Kontur aufweist, so dass die kreisförmige Wendeschneidplatte mit nahezu ihrer gesamten Schneidkante zu den zuvor beschriebenen Effekten beitragen kann, was diese erhöhen bzw. verstärken kann.
Ferner kann die Belastung der Schneidkante durch die angreifenden Schnittnormalkraftanteile möglichst gleichmäßig über die gesamte Schneidkante der Wendeschneidplatte verteilt werden, was einer übermäßigen Abnutzung der Schneidkante der Wendeschneidplatte an z.B. einer Ecke entgegenwirken kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Wendeschneidplatte, vorzugsweise beide Wendeschneidplatten, eine kreisrunde Schneidkante auf. Hierdurch können die Vorteile einer kreisförmigen Schneidplatte realisiert werden. Ferner kann eine neue kreisrunde Wendeschneidplatte in beliebiger Orientierung am Werkzeugkörper befestigt werden, was den Aufwand der Herstellung bzw. des Ersetzens einer beschädigten bzw. verschlissenen Wendeschneidplatte reduzieren kann. Auch kann eine abschnittsweise beschädigte bzw. verschlissene Wendeschneidplatte durch Drehung z.B. um 90° einfach und schnell wiederverwendet werden, bis die kreisförmige Schneide der Wendeschneidplatte über den gesamten Umfang beschädigt bzw. verschlissen ist und ausgetauscht werden muss.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Wendeschneidplatte, vorzugsweise beide Wendeschneidplatten, zumindest abschnittsweise eine schräge Schneidkante auf. Hierunter ist eine gerade Schneidkante der Wendeschneidplatte zu verstehen, welche sich jedoch nicht in Längsrichtung des Fräswerkzeugs erstreckt sondern zur Längsrichtung geneigt ist, so dass die zuvor beschriebenen Effekte der sich aufhebenden Axialkraftanteile auftreten können. Mit anderen Worten ist unter einer schrägen Wendeschneidplatte eine Wendeschneidplatte zu verstehen, welche hinsichtlich ihres Neigungswinkels schräg ausgebildet oder hinsichtlich ihres Einstellwinkels relativ zu ihrer Aufnahme der Spannut des Werkzeugs schräg ausgerichtet ist, so dass die zuvor beschriebenen Effekte der sich aufhebenden Axialkraftanteile auftreten können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Wendeschneidplatte, vorzugsweise beide Wendeschneidplatten, eine mehreckige Schneidkante auf. Dies kann ein Dreieck, ein Viereck und so weiter sein, sofern in Kombination mit der entsprechenden Ausrichtung die zuvor beschriebene Aufhebung der Axialkraftanteile erreicht werden kann. Auf diese Weise stehen viele Variationsmöglichkeiten zur Verfügung, diese Effekte zu erreichen und hierdurch den Fräsprozess vielfältig zu beeinflussen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Wendeschneidplatte, vorzugsweise beide Wendeschneidplatten, eine sechseckige Schneidkante auf, wobei vorzugsweise genau eine Ecke der sechseckigen Wendeschneidplatte in der radialen Richtung ausgerichtet ist. Durch eine sechseckige bzw. hexagonale Wendeschneidplatte können generell die zuvor beschriebenen Effekte erreicht werden. Wird die sechseckige Wendeschneidplatte mit einer Ecke radial hervorragend ausgerichtet eingesetzt, so wird eine zumindest abschnittsweise gerade Schneidkante vermieden und es wirken zwei schräge Schneidkanten der sechseckigen Wendeschneidplatte, wodurch die zuvor beschriebenen Effekte verstärkt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die Überlappung der beiden Wendeschneidplatten zueinander zwischen etwa 10% und 90%, vorzugsweise zwischen etwa 25% und 75%, besonders bevorzugt etwa 50%, der Erstreckung wenigstens einer der beiden Wendeschneidplatten in Längsrichtung. Bei einer kreisrunden Wendeschneidplatte entspricht die Erstreckung in Längsrichtung dem Durchmesser der Wendeschneidplatte. Unter der Überlappung ist die Strecke zwischen den beiden äußeren Kanten bzw. Ecken der beiden Wendeschneidplatten in Längsrichtung zu verstehen, über welche sich die beiden Wendeschneidplatten überlappen.
Hierbei sind die Wendeschneidplatten vorzugsweise mit ihren Mittelpunkten bzw. Gewichtsschwerpunkten auf einer Linie parallel zur Rotationsachse des Fräswerkzeugs angeordnet. Mit anderen Worten besitzen die Mittelpunkte bzw. Gewichtsschwerpunkte der beiden Wendeschneidplatten den gleichen radialen Abstand zur Rotationsachse des Fräswerkzeugs.
Vorteilhaft ist bei einer Überlappung zwischen etwa 10% und 90%, dass ein sehr großer Bereich zur Variation des Überlappungsbereichs gegeben ist, in dessen Grenzen die zuvor beschriebenen Effekte der sich zumindest teilweise aufhebenden Axialkraftanteile realisiert werden können. Hierdurch wird ein großer Spielraum geschaffen, diese Effekte zu beeinflussen und zu variieren.
Vorteilhaft ist bei einer Überlappung zwischen etwa 25% und 75%, dass in diesem immer noch recht großen Bereich üblicherweise eine vergleichsweise sehr nicht-gerade resultierende Schneidkante des Fräswerkzeugs geschaffen werden kann, welche zu entsprechend starken zuvor beschriebenen Effekten führen kann.
Vorteilhaft ist bei einer Überlappung von etwa 50%, dass bei einer derartigen Positionierung der beiden Wendeschneidplatten zueinander mit einer optimalen Wirkung durch die sich aufhebenden Axialkraftanteile zu rechnen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Schneidkante wenigstens einer Wendeschneidplatte zumindest abschnittsweise, vorzugsweise an wenigstens einer Ecke, besonders bevorzugt vollständig, eine Beschichtung gegen Verschleiß auf. Hierdurch kann einem Verschleiß insbesondere der am stärksten belasteten Bereiche der Wendeschneidplatte wie z.B. einer hervorragenden Ecke einer mehreckigen Wendeschneidplatte entgegengewirkt werden, so dass Beschädigungen bzw. Verschleiß reduziert bzw. vermieden werden kann. Dies kann die Lebensdauer der Wendeschneidplatte erhöhen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fräsverfahren, wobei ein Fräswerkzeug wie zuvor beschrieben verwendet wird. Auf diese Weise können die zuvor beschriebenen Effekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs praktisch umgesetzt und genutzt werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
1 eine perspektivische schematische Darstellung eines Walzenstirnfräsers mit quadratischen Wendeschneidplatten gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Draufsicht auf eine quadratische Wendeschneidplatte gemäß dem Stand der Technik;
3 eine perspektivische prinzipielle Ansicht einer durch den Walzenstirnfräser der 1 erzeugten Schnittkontur;
4 eine perspektivische schematische Ansicht eines allgemeinen Vollnutenschnitts;
5 eine Draufsicht auf die 4 mit Walzenstirnfräser und entferntem Material des Werkstücks allgemeinen;
6 einen schematischen Querschnitt der 4 mit der schematischen Schnittkontur eines Walzenstirnfräsers mit quadratischen Wendeschneidplatten gemäß dem Stand der Technik;
7 eine schematische Seitenansicht der 4 mit einem schematischen Walzenstirnfräser mit quadratischen Wendeschneidplatten und entferntem Material des Werkstücks gemäß dem Stand der Technik;
8 eine schematische Darstellung quadratischer Wendeschneidplatten mit Schnittnormalkraftanteilen gemäß dem Stand der Technik;
9 eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Walzenstirnfräsers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels mit runden Wendeschneidplatten;
10 eine Draufsicht auf eine runde Wendeschneidplatte;
11 eine perspektivische prinzipielle Ansicht einer durch den Walzenstirnfräser der 9 erzeugten Schnittkontur;
12 einen schematischen Querschnitt der 4 mit der schematischen Schnittkontur des erfindungsgemäßen Walzenstirnfräsers gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit runden Wendeschneidplatten;
13 eine schematische Seitenansicht der 4 mit dem schematischen erfindungsgemäßen Walzenstirnfräser gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit runden Wendeschneidplatten und entferntem Material des Werkstücks;
14 eine schematische Darstellung runder Wendeschneidplatten gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit Schnittnormalkraftanteilen;
15 eine schematische Darstellung hexagonaler Wendeschneidplatten mit geradliniger Ausrichtung der Schneidkanten gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels mit Schnittnormalkraftanteilen; und
16 eine schematische Darstellung hexagonaler Wendeschneidplatten mit Ausrichtung der Schneidkanten mit hervorragender Ecke gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels mit Schnittnormalkraftanteilen.
1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines Walzenstirnfräsers 1 mit quadratischen Wendeschneidplatten 12 gemäß dem Stand der Technik. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine quadratische Wendeschneidplatte 12 gemäß dem Stand der Technik. 3 zeigt eine perspektivische prinzipielle Ansicht einer durch den Walzenstirnfräser 1 der 1 erzeugten Schnittkontur 20.
Der Walzenstirnfräser 1 ist ein Beispiel eines Fräswerkzeugs 1, welches auch als Igelfräser 1 bezeichnet werden kann. Der Walzenstirnfräser 1 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen in einer Längsrichtung y. Der Walzenstirnfräser 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse Y ausgebildet, welche sich in der Längsrichtung y erstreckt. Senkrecht zur Rotationsachse Y erstreckt sich die radiale Richtung R. Um die Rotationsachse Y herum erstreckt sich die Umfangsrichtung U, in die auch die Schneiddrehrichtung A zeigt.
Der Walzenstirnfräser 1 weist einen Werkzeugkörper 10 auf. In der sich radial erstreckenden Oberfläche des Werkzeugkörpers 10 sind drei sich spiral- bzw. wendelförmig zur Rotationsachse R erstreckende Spannuten 11 ausgebildet, die in Umfangsrichtung U in gleichen Winkelabständen gegeneinander versetzt angeordnet sind. Jede Spannut 11 weist eine Mehrzahl von Wendeschneidplatten 12 auf, welche quadratisch ausgebildet sind, vgl. z.B. 2. Die geradlinigen Schneidkanten 13 der Wendeschneidplatten 12 zeigen radial vom Werkzeugkörper 10 weg. Die Wendeschneidplatten 12 einer Spannut 11 sind in Umfangsrichtung U versetzt zueinander angeordnet, so dass die Schneidkanten 13 der Wendeschneidplatten 12 einer Spannut 11 eine resultierende spiralförmige bzw. wendelförmige Schneide 14 bzw. Schneidkante 14 des Walzenstirnfräsers 1 bilden, vgl. z.B. 1.
Die benachbarten Wendeschneidplatten 12 einer Spannut 11 überlappen sich in Längsrichtung y geringfügig um einen Überlappungsbereich 15. Die Überlappung t (vgl. 14 bis 16) ist derart gewählt, dass zum einen ein ausreichend großer Überlappungsbereich 15 erzeugt wird, so dass eine gerade und lückenlose resultierende Schneide 14 des Walzenstirnfräsers 1 erzeugt werden kann. Zum anderen wird ein möglichst geringer Überlappungsbereich 15 bzw. eine möglichst geringe Überlappung t erzeugt, so dass möglichst wenige Wendeschneidplatten 12 eingesetzt werden müssen, um eine lückenlose resultierende Schneide 14 des Walzenstirnfräsers 1 auszubilden, durch die an einem Werkstück 2 eine möglichst gerade Schnittkontur 20 bzw. eine möglichst gerade erzeugte Flanke 20 gefräst werden kann, vgl. 3. Derartige Walzenstirnfräser 1 mit quadratischen Wendeschneidplatten 12 und geradliniger resultierender Schneide 14 sind z.B. aus der DE 43 25 999 A1 bekannt.
4 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht eines allgemeinen Vollnutenschnitts. 5 zeigt eine Draufsicht A-A auf die 4 mit Walzenstirnfräser 1 und entferntem Material 21 des Werkstücks 2 allgemeinen. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt B-B der 4 mit der schematischen Schnittkontur 20 eines Walzenstirnfräsers 1 mit quadratischen Wendeschneidplatten 12 gemäß dem Stand der Technik. 7 zeigt eine schematische Seitenansicht C-C der 4 mit einem schematischen Walzenstirnfräser 1 mit quadratischen Wendeschneidplatten 12 und entferntem Material 21 des Werkstücks 2 gemäß dem Stand der Technik. 8 zeigt eine schematische Darstellung quadratischen Wendeschneidplatten 12 mit Schnittnormalkraftanteilen dF_cN gemäß dem Stand der Technik.
In der 4 ist allgemein ein Walzenstirnfräser 1 dargestellt, der im Vollschnitt in einem Schruppprozess in ein Werkstück 2 hineinfräst. Der Walzenstirnfräser 1 ist schematisch zylindrisch mit einem Werkzeugdurchmesser D_WZ dargestellt. Wie in der 5 aus der Draufsicht A-A der 4 allgemein dargestellt ist, wird durch die Rotation des Werkzeugkörpers 10 in der Schneiddrehrichtung A das Material 21 des Werkstücks 2 von der resultierenden Schneide 14 des Walzenstirnfräsers 1 sichelförmig entfernt. Die resultierende Schneide 14 greift hierbei mit einem Eingriffswinkel φ in das Werkstück 2 ein. Bei geradlinigen resultierenden Schneiden 14 des Walzenstirnfräsers 1 wird hierdurch eine im Wesentlichen gerade Schnittkontur 20 im Werkstück 2 erzeugt, vgl. z.B. 3 und 6. Aufgrund der trochodialen Kinematik wirkt hierbei ein mit dem Eingriffswinkel φ in Schneiddrehrichtung A veränderlicher Zahnvorschub f_c. Für geradlinige resultierende Schneiden 14 des Walzenstirnfräsers 1 ist der Einstellwinkel κ immer 90°, vgl. 7, so dass der Zahnvorschub f_c der Spanungsdicke h entspricht, vgl. z.B. 5. Hieraus ergibt sich auch, dass die Schnittnormalkraftanteile dF_cN stets ausschließlich senkrecht zur resultierenden Schneide 14 des Walzenstirnfräsers 1 und damit ausschließlich senkrecht zur Längsrichtung y zeigt, vgl. z.B. 8. Somit sind sowohl die Spanungsdicke h als auch die Spanungsbreite b über die Längsrichtung y konstant, vgl. z.B. 8.
9 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Walzenstirnfräsers 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels mit runden Wendeschneidplatten 12. 10 zeigt eine Draufsicht auf eine runde Wendeschneidplatte 12. 11 zeigt eine perspektivische prinzipielle Ansicht einer durch den Walzenstirnfräser 1 der 9 erzeugten Schnittkontur 20. 12 zeigt einen schematischen Querschnitt B-B der 4 mit der schematischen Schnittkontur 20 des erfindungsgemäßen Walzenstirnfräsers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit runden Wendeschneidplatten 12. 13 zeigt eine schematische Seitenansicht C-C der 4 mit dem schematischen erfindungsgemäßen Walzenstirnfräser 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit runden Wendeschneidplatten 12 und entferntem Material 21 des Werkstücks 2.
Im Unterschied zu dem bekannten Walzenstirnfräser 1 gemäß der 1 bis 3 sind nun die sich überlappenden Wendeschneidplatten 12 kreisförmig ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine gewellte resultierende Schneide 14 des Walzenstirnfräsers 1 und damit auch eine gewellte Schnittkontur 20 am Werkstück 2, vgl. z.B. 11 bis 14. Die Überlappungsbereiche 15 sind entsprechend nicht rechteckig sondern sichelförmig ausgebildet, vgl. z.B. 11. Dies ist zwar für die gewünschte endgültige Schnittkontur 20 des Werkstücks 2 üblicherweise unerwünscht, jedoch im Rahmen eines Schruppprozesses zugunsten der höheren Produktivität akzeptabel, da die gewünschte üblicherweise gerade und glatte endgültige Schnittkontur 20 des Werkstücks 2 mit einem anschließenden Schlichtprozess erreicht werden kann.
14 zeigt eine schematische Darstellung runder Wendeschneidplatten 12 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels mit Schnittnormalkraftanteilen dF_cN. Die Kraftvektoren der Schnittnormalkraftanteile dF_cN stehen auch hier senkrecht auf der resultierenden Schneidkante 14 des Walzenstirnfräsers 1. Da die resultierende Schneidkante 14 des Walzenstirnfräsers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels jedoch wellenförmig ist, zeigen die Kraftvektoren der Schnittnormalkraftanteile dF_cN nicht wie bei der 8 rein radial nach außen, sondern weisen fast alle einen Anteil dF_cN,y der Schnittnormalkraftanteile dF_cN in Längsrichtung y auf, der auch als Axialkraftanteil dF_cN,y bezeichnet werden kann, siehe Vergrößerung der 14. Diese Axialkraftanteile dF_cN,y der beiden sich überlappenden Wendeschneidplatten 12 heben sich gegenseitig auf, was zu einer Verringerung der Prozesskräfte und damit zu einer Verringerung der Vorschubnormalkraft führt. Die Spanungsbreite b ist über die Längsrichtung y weiterhin konstant jedoch gegenüber der Darstellung der 8 erhöht. Die Spanungsdicke h verläuft über die Längsrichtung y von einem Überlappungsbereich 15 zum nächsten bogenförmig.
Dabei können die sich aufhebenden Axialkraftanteile dF_cN,y sowie der bogenförmige Verlauf der Spanungsdicke h über die Längsrichtung y durch eine Überlappung t beeinflusst werden, welche ein Maß für die Überlappung der beiden benachbarten Wendeschneidplatten 12 ist. Die Überlappung t ist die Strecke zwischen den beiden äußeren Kanten bzw. Ecken 16 der Erstreckung D in Längsrichtung y der beiden sich überlappenden Wendeschneidplatten 12 einer resultierende Schneidkante 14 des Walzenstirnfräsers 1, über welche sich die beiden Wendeschneidplatten 12 überlappen. Je größer die Überlappung t ist, desto geringer ist die Welligkeit der resultierenden Schneide 14 des Walzenstirnfräsers 1.
15 zeigt eine schematische Darstellung hexagonaler Wendeschneidplatten 12 mit geradliniger Ausrichtung der Schneidkanten 13 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels mit Schnittnormalkraftanteilen dF_cN. Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel können die zuvor beschriebenen Effekte und Vorteile genutzt werden, da die beiden hexagonalen (sechseckigen) Wendeschneidplatten 12 jeweils mit schrägen Flanken zueinander hin ausgerichtet sind. In diesem Bereich können sich die Axialkraftanteile dF_cN,y der beiden sich überlappenden Wendeschneidplatten 12 wie zuvor beschrieben gegenseitig aufheben.
In dem geradlinig ausgerichteten Bereich der hexagonalen Wendeschneidplatten 12, in dem dessen Schneidkante 13 in Längsrichtung y verläuft, d.h. parallel zur Rotationsachse Y des Walzenstirnfräsers 1, tritt das bekannte Verhalten wie bei einem herkömmlichen Walzenstirnfräser 1 mit gerader resultierender Schneide 14 auf, vgl. z.B. 8. Daher unterscheiden sich in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Verläufe der Spanungsbreite b und der Spanungsdicke h über die Längsrichtung y, indem sie jeweils einen konstanten aber unterschiedlichen Wert aufweisen, der sich sprunghaft ändert, vgl. z.B. 15.
16 zeigt eine schematische Darstellung hexagonaler Wendeschneidplatten 12 mit Ausrichtung der Schneidkanten 13 mit hervorragender Ecke 16 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels mit Schnittnormalkraftanteilen dF_cN. In diesem Fall sind die hexagonalen Wendeschneidplatten 12 des zweiten Ausführungsbeispiels jeweils derart ausgerichtet, dass jeweils eine Ecke 16 radial nach außen ragt. Hierdurch sind die Schneidkanten 13 der Wendeschneidplatten 12 jeweils vollständig schräg ausgerichtet. Auf diese Weise kann ein geradlinig verlaufender Abschnitt der resultierenden Schneide 14 des Walzenstirnfräsers 1 wie beim zweiten Ausführungsbeispiel vermieden werden. Entsprechend groß sind die Axialkraftanteile dF_cN,y der beiden sich überlappenden Wendeschneidplatten 12, die sich gegenseitig aufheben. Dies kann die zuvor beschriebenen Effekte und Vorteile entsprechend verstärken. Die Spanungsbreite b und die Spanungsdicke h weisen jeweils über die Längsrichtung y einen konstanten Verlauf auf, wobei sowohl die Spanungsbreite b als auch die Spanungsdicke h gegenüber der Darstellung der 8 erhöht sind.
Erfindungsgemäß werden durch alle drei Ausführungsbeispiele Möglichkeiten geschaffen, ein Fräswerkzeug 1 wie z.B. einen Walzenstirnfräser 1 mit Wendeschneidplatten 12 zu schaffen, bei dem sich die Axialkraftanteile dF_cN,y der beiden sich überlappenden Wendeschneidplatten 12 unterschied stark und auf unterschiedliche Art und Weise zumindest teilweise gegenseitig aufheben, was zu einer Verringerung der Schnittkräfte und damit zu einer Verringerung der Vorschubnormalkraft führen kann. Dabei sind verschiedene weitere Möglichkeiten vorhanden, diese erfinderische Erkenntnis umzusetzen.
Bezugszeichenliste

A-A: Sichtrichtung A-A, Draufsicht
B-B: Sichtrichtung B-B, Querschnitt
C-C: Sichtrichtung C-C, Seitenansicht
A: Schneiddrehrichtung
D: Erstreckung bzw. Durchmesser einer Wendeschneidplatte 12 in Längsrichtung y
R: Radius, radiale Richtung
U: Umfangsrichtung
y: Längsrichtung
Y: Rotationsachse
a_p: Schnitttiefe
b S: panungsbreite
dF_cN: Schnittnormalkraftanteile
dF_cN,y: Anteil der Schnittnormalkraftanteile dF_cN in Längsrichtung y, Axialkraftanteil der Schnittnormalkraftanteile dF_cN
f_C: wirkende Zahnvorschub
f_Z: Zahnvorschub
D_WZ: Werkzeugdurchmesser
h: Spanungsdicke
κ: Einstellwinkel
φ: Eingriffswinkel
φ_a: Ausgangswinkel beim Fräsen
φ_i: Eingriffswinkel beim Fräsen
t: Überlappung zweier Wendeschneidplatten 12 einer Schneidkante 14 in Längsrichtung y
1: Fräswerkzeug, Walzenstirnfräser, Igelfräser
10: Werkzeugkörper
11: spiralförmige bzw. wendelförmige Spannuten
12: Wendeschneidplatten
13: Schneidkante einer Wendeschneidplatte 12
14: (resultierende) Schneide bzw. Schneidkante des Walzenstirnfräsers 1
15: Überlappungsbereich zweier Wendeschneidplatten 12 zweier Schneiden 14
16: Ecken der Wendeschneidplatten 12
2: Werkstück
20: Schnittkontur, erzeugte Flanke
21: entferntes Material des Walzenstirnfräsers 2, Span

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4325999 A1 [0007, 0059]
US 5944456 [0008]
DE 3800747 A1 [0009]
DE 9116913 U1 [0012]
US 4093392 A [0013]

Claims

Fräswerkzeug (1), insbesondere Walzenstirnfräser (1), mit wenigstens zwei Wendeschneidplatten (12), wobei die beiden Wendeschneidplatten (12) in Längsrichtung (y) des Walzenstirnfräsers (1) derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass sie sich in einem Überlappungsbereich (15) um eine Überlappung (t) überlappen, und wobei die beiden Wendeschneidplatten (12) in Umfangsrichtung (U) des Walzenstirnfräsers (1) derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass ihre Schneidkanten (13) eine resultierende Schneide (14) des Walzenstirnfräsers (1) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schneidkante (13) wenigstens einer Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beider Wendeschneidplatten (12), zumindest abschnittsweise eine Kontur aufweist, so dass sich zumindest abschnittsweise eine nicht-gerade resultierende Schneide (14) des Fräswerkzeugs (1) ergibt.
Fräswerkzeug (1) gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens eine Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beide Wendeschneidplatten (12), zumindest abschnittsweise eine nicht-gerade Schneide (13) aufweist.
Fräswerkzeug (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beide Wendeschneidplatten (12), zumindest abschnittsweise eine kreisförmige Schneidkante (13) aufweist.
Fräswerkzeug (1) gemäß Anspruch 3, wobei wenigstens eine Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beide Wendeschneidplatten (12), eine kreisrunde Schneidkante (13) aufweist.
Fräswerkzeug (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beide Wendeschneidplatten (12), zumindest abschnittsweise eine schräge Schneidkante (13) aufweist.
Fräswerkzeug (1) gemäß Anspruch 5, wobei wenigstens eine Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beide Wendeschneidplatten (12), eine mehreckige Schneidkante (13) aufweist.
Fräswerkzeug (1) gemäß Anspruch 6, wobei wenigstens eine Wendeschneidplatte (12), vorzugsweise beide Wendeschneidplatten (12), eine sechseckige Schneidkante (13) aufweist, wobei vorzugsweise genau eine Ecke (16) der sechseckigen Wendeschneidplatte (12) in der radialen Richtung (R) ausgerichtet ist.
Fräswerkzeug (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Überlappung (t) der beiden Wendeschneidplatten (12) zueinander zwischen etwa 10% und 90%, vorzugsweise zwischen etwa 25% und 75%, besonders bevorzugt etwa 50%, der Erstreckung (D) wenigstens einer der beiden Wendeschneidplatten (12) in Längsrichtung (y) beträgt.
Fräswerkzeug (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens eine Schneidkante (13) wenigstens einer Wendeschneidplatte (12) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise an wenigstens einer Ecke (16), besonders bevorzugt vollständig, eine Beschichtung gegen Verschleiß aufweist.
Fräsverfahren, wobei ein Fräswerkzeug (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche verwendet wird.