DE10325600A1 - Router bit, comprising outer cutting areas arranged in slightly asymmetrical shape for reduction of oscillatory motion - Google Patents
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Abstract
Description
Die
Erfindung betrifft einen Schaftfräser, insbesondere einen Hartmetallschaftfräser, mit
mindestens zwei an einer Stirnseite angeordneten Stirnschneiden
sowie jeweils an diese angrenzenden Umfangsschneiden. Ein derartiger
Schaftfräser
ist beispielsweise aus der
Ein Schaftfräser ist üblicherweise sowohl zum Nutenfräsen als auch zur Seiten-Oberflächen-Bearbeitung verwendbar. Insbesondere beim Bohren und/oder Nutenfräsen können Schwingungen auftreten, welche die erreichbare Standzeit des Werkzeugs und/oder die Bearbeitungstoleranzen beeinträchtigen. Derartige Effekte treten insbesondere bei harten zu bearbeitenden Werkstoffen auf.One End mills is usually both for slot milling as well as for side surface processing usable. Especially when drilling and / or slot milling vibrations can occur which the achievable tool life and / or affect the machining tolerances. Such effects occur especially with hard materials to be machined.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für die Bearbeitung harter Werkstoffe geeigneten Schaftfräser anzugeben, welcher sich durch eine besonders geringe Schwingungsempfindlichkeit auszeichnet.Of the Invention is based on the object, in particular for processing hard materials suitable end mill specify which characterized by a particularly low sensitivity to vibration.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schaftfräser mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Schaftfräser weist mindestens zwei Stirnschneiden sowie eine entsprechende Zahl an Umfangsschneiden auf, welche jeweils um einen Teilungswinkel zueinander versetzt am Werkzeugumfang angeordnet sind. Der zwischen benachbarten Umfangsschneiden gebildete Teilungswinkel weicht vom durch die Anzahl der Umfangsschneiden gegebenen mittleren Winkelanteil, beispielsweise einem 90°-Winkel im Fall eines vierschneidigen Werkzeugs, ab. Die ungleiche Winkelaufteilung bewirkt, dass die Gesamtzahl der Umfangsschneiden keine sich verstärkenden Resonanzen bei der Bearbeitung erzeugen kann. Sofern durch die einzelnen Umfangsschneiden hervorgerufene Schwingungen auftreten, weisen diese unterschiedliche, sich gegenseitig abschwächende Schwingungscharakteristika auf. Besonders geeignet sind hierbei Teilungswinkel zwischen benachbarten Umfangsschneiden, welche um minde stens 1° und höchstens 10°, vorzugsweise höchstens 5°, vom mittleren Winkelanteil abweichen. Die Teilungswinkel zwischen den Umfangsschneiden schwanken somit bei einem vierschneidigen Schaftfräser vorzugsweise mindestens im Bereich zwischen 89° und 91° und maximal im Bereich zwischen 80° und 100°, insbesondere zwischen 85° und 95°. Eine weitgehende Symmetrie des Schaftfräsers ist nach bevorzugten Ausführungsformen mit einer geraden Zahl an Umfangsschneiden erreicht. Hierbei weisen vorzugsweise jeweils gegenüberliegende Teilungswinkel gleiche Beträge auf. Durch die damit gegebene, zumindest weitgehende Symmetrie der Massenverteilung um die Werkzeugachse ist der Schaftfräser auch für hohe Drehzahlen geeignet.These The object is achieved by an end mill with the features of claim 1. The end mill has at least two end cutting edges and a corresponding number of peripheral cutting, which in each case arranged offset by a pitch angle to each other on the tool circumference are. The pitch angle formed between adjacent peripheral cutters deviates from the mean given by the number of peripheral cutting edges Angle component, for example, a 90 ° angle in the case of a four-bladed Tool, off. The unequal angular distribution causes the total number The peripheral cutting no reinforcing resonances in the Can generate processing. If through the individual peripheral cutting edges caused vibrations occur, they have different, mutually weakening Vibration characteristics on. Particularly suitable here Pitch angle between adjacent peripheral cutting, which by minde least 1 ° and at most 10 °, preferably at most 5 °, from deviate in average angular proportion. The pitch angle between the Circumferential cutting thus varies in a four-bladed end mill preferably at least in the range between 89 ° and 91 ° and maximum in the range between 80 ° and 100 °, in particular between 85 ° and 95 °. A extensive symmetry of the end mill is according to preferred embodiments achieved with an even number of peripheral cutting. Show here preferably in each case opposite Division angle equal amounts on. Due to the given, at least extensive symmetry of the mass distribution The end mill is also suitable for high speeds around the tool axis.
Der an jeder Umfangsschneide gebildete, durch die Winkelrelation zwischen der Spanfläche und einer Tangente am Werkzeugumfang gegebene Spanwinkel ist negativ, vorzugsweise im Bereich zwischen -5° und -20°, insbesondere zwischen -5° und -15°. Durch den negativen Spanwinkel wird das zu bearbeitende Werkstück im Bereich des Spans stark verformt und damit stark erhitzt. Typischerweise treten bei der Zerspanung Temperaturen von ca. 600 bis 800°C auf. Der Schaftfräser ist damit besonders für die Bearbeitung harter Werkstoffe geeignet. Ebenso eignet sich ein Schaftfräser mit gleichen geometrischen Merkmalen jedoch in besonderer Weise auch für die Bearbeitung weicher Werkstoffe. Der Spanwinkel ist vorzugsweise an allen Umfangsschneiden, zumindest in einer senkrecht zur Werkzeugachse angeordneten Querschnittsebene, identisch. Die Zerspanungskräfte sind bei einem Werkzeug mit negativem Spanwinkel typischerweise größer als bei einem Werkzeug mit positivem Spanwinkel. Daher ist im erstgenannten Fall das Problem bei der Zerspanung auftretender Schwingungen ausgeprägter. Diesem Problem wird durch die schwingungstilgende ungleiche Winkelaufteilung der Umfangsschneiden wirksam begegnet.Of the formed at each peripheral edge, through the angle relation between the chip surface and a rake at the tool circumference given rake angle is negative, preferably in the range between -5 ° and -20 °, in particular between -5 ° and -15 °. By the Negative rake angle is the workpiece to be machined in the range of the chip strongly deformed and thus strongly heated. typically, Temperatures of approx. 600 to 800 ° C occur during machining. Of the End mills is so special for the Machining hard materials suitable. Likewise, an end mill with same geometric features, however, in a special way for editing soft materials. The rake angle is preferably on all peripheral cutting edges, at least in a cross-sectional plane arranged perpendicular to the tool axis, identical. The cutting forces are typical of a tool with a negative rake angle greater than for a tool with a positive rake angle. Therefore, in the former Case the problem in the machining of occurring vibrations more pronounced. This problem is due to the vibration-damping unequal angular distribution of Circumferential cutting effectively countered.
Der Kerndurchmesser, d.h. der durch die Tiefe der zwischen den Umfangsschneiden angeordneten Spannuten bestimmte Durchmessers des Schaftfräsers sollte einerseits in Relation zum Werkzeugaußendurchmesser groß genug sein, um eine hohe Stabilität des insbesondere für die Zerspanung harter Werkstoffe vorgese henen Werkzeugs sicherzustellen, andererseits jedoch auch eine leichte Spanabfuhr ermöglichen. Diesen konkurrierenden Anforderungen wird nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dadurch Rechnung getragen, dass sich der Kerndurchmesser zur Stirnseite des Werkzeugs hin verringert. Der Kerndurchmesser kann sich hierbei zur Werkzeugspitze hin kontinuierlich und/oder stufenweise verringern. In einem von der Stirnseite beabstandeten Abschnitt des Werkzeugs weist der Schaftfräser vorzugsweise einen maximalen Kerndurchmesser von mindestens 70% und höchstens 90%, insbesondere etwa 80%, des Werkzeugaußendurchmessers auf. Zur Werkzeugspitze, d.h. zur Stirnseite hin, ist vorzugsweise jede Spannut mit einer den Kerndurchmesser reduzierenden Nutvertiefung versehen. Der auch als Stirn-Kerndurchmesser bezeichnete reduzierte Kerndurchmesser beträgt in diesem Bereich bevorzugt zwischen 50% und 70%, insbesondere etwa 60%, des Werkzeugaußendurchmessers. Damit beträgt der reduzierte Kerndurchmesser ca. 65% bis 85%, insbesondere ca. 75%, des nicht reduzierten Kerndurchmessers außerhalb der Nutvertiefungen.Of the Core diameter, i. by the depth of the between the peripheral cutting edges arranged flutes of certain diameter of the end mill should on the one hand in relation to the tool outside diameter big enough be a high stability in particular for to ensure the machining of hard materials of the intended tool On the other hand, however, allow a slight chip removal. These competing requirements become particularly advantageous Further education takes into account that the core diameter reduced towards the front of the tool. The core diameter This may be the tool tip continuously and / or gradually reduce. In a section spaced from the front side of the tool has the end mill preferably a maximum core diameter of at least 70% and at most 90%, in particular about 80% of the tool outer diameter. To the tool tip, i.e. towards the front side, is preferably each flute with a provided the groove diameter reducing groove recess. That too referred to as the end core diameter reduced core diameter is in this range preferably between 50% and 70%, in particular approximately 60%, of the tool outside diameter. This is the reduced core diameter about 65% to 85%, especially about 75%, of the unreduced core diameter outside the groove recesses.
Der Übergang zwischen den Spannuten außerhalb der Nutvertiefungen und den im Bereich der Werkzeugspitze angeordneten Nutvertiefungen ist vorzugsweise derart gestaltet, dass eine Spanleitstufe gebildet ist, deren Breite zumindest annähernd der Tiefe der Spannuten im von der Stirnseite beabstandeten, vertiefungsfreien Bereich der Umfangsschneiden entspricht. Die Spanleitstufe ist zur Werkzeugachse hin begrenzt durch eine etwa parallel zur zugeordneten Umfangsschneide verlaufende Leitkante, die zumindest annähernd an der Oberfläche eines gedachten Zylinders verläuft, dessen Durchmesser dem maximalen Kerndurchmesser, d.h. dem Kerndurchmesser außerhalb der Nutvertiefungen, entspricht. Die geringe Breite der Spanleitstufe im Vergleich zur gesamten Spannut einschließlich Nutvertiefung stellt sicher, dass gebildete Späne mit einem engen Biegeradius vom Schaftfräser weggebogen werden. Auf diese Weise ist sowohl eine leichte Spanabfuhr ermöglicht als auch eine nur geringe Wärmeübertragung vom Span auf das Werkzeug gegeben. Die Übertragung eines hohen Anteils der bei der Zerspanung entstehenden Wärme an den Span ist zudem begünstigt durch den negativen Spanwinkel. Die axiale Länge der Nutvertiefungen beträgt vorzugsweise mindestens die Hälfte und höchstens das Doppelte des Durchmessers des Schaftfräsers. Nach einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die axiale Länge der Nutvertiefungen etwa dem Durchmesser des Schaftfräsers.The transition between the flutes outside the groove recesses and arranged in the area of the tool tip Groove recesses is preferably designed such that a chip breaker is formed, whose width is at least approximately the depth of the flutes in the distance from the front side, well-free area of the Circumferential cutting corresponds. The chip breaker is to the tool axis limited by an approximately parallel to the associated peripheral edge extending leading edge, at least approximately on the surface of a imaginary cylinder runs, its diameter is the maximum core diameter, i. the core diameter outside the groove recesses, corresponds. The small width of the chip breaker Compared to the entire flute including grooved recess provides sure that formed chips be bent away from the end mill with a tight bend radius. On This way, both a slight chip removal is possible as also a low heat transfer from the chip to the tool. The transfer of a high proportion The heat generated during machining on the chip is also favored by the negative rake angle. The axial length of the groove recesses is preferably at least half and at most twice the diameter of the end mill. After a preferred embodiment corresponds to the axial length the groove recesses about the diameter of the end mill.
Eine günstige Schnittgeometrie an den Umfangsschneiden bei gleichzeitig stabiler Gestaltung des Schaftfräsers ist vorzugsweise gegeben, indem eine an die Umfangsschneide grenzende Umfangsfreifläche einen Mantelfreiwinkel von mindestens 6° und höchstens 10° bildet. Die Freifläche ist vorzugsweise in Form eines konkav gekrümmten Radialhinterschliffs ausgebildet. Alternativ hierzu ist beispielsweise ein Zwei-Fasen-Hinterschliff mit einer Primärfase und einer relativ zu dieser radial nach innen abknickenden Sekundärfase realisierbar.A favorable Cutting geometry at the peripheral cutting edges while at the same time more stable Design of the end mill is preferably given by a bordering on the peripheral edge Extensive open space forms a shell clearance angle of at least 6 ° and at most 10 °. The open space is preferably in the form of a concavely curved radial rear grinding educated. Alternatively, for example, a two-bevel relief with a primary bevel and a relative to this radially inwardly kinking Sekundärfase feasible.
Sofern die Umfangsschneiden eine Schraubenform aufweisen, ist deren Drallwinkel in Abhängigkeit hauptsächlich vom zu bearbeitenden Material wählbar. Bevorzugt beträgt der Drallwinkel mindestens 45° und maximal 60°, insbesondere etwa 50°. Durch diesen relativ großen Drallwinkel ist eine besonders leichte Spanabfuhr, insbesondere bei größeren Bearbeitungstiefen in Relation zum Werkzeugdurchmesser, ermöglicht.Provided the peripheral blades have a helical shape is their helix angle dependent on mainly selectable from the material to be processed. Preferred is the twist angle at least 45 ° and maximum 60 °, in particular about 50 °. By this relatively large Twist angle is a particularly easy chip removal, in particular for larger processing depths in relation to the tool diameter.
Ein Selbstzentrierungseffekt des Schaftfräsers ist nach einer bevorzugten Weiterbildung durch einen Hohlschliff an der Stirnseite gegeben. Hierbei bilden die Stirnschneiden vorzugsweise einen Hohlschliffwinkel von mindestens 1° und höchstens 5°. Beim Ansetzen des Schaftfräsers an die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks entsteht somit ein negativer Kegel, welcher die Selbstzentrierung bewirkt.One Selbstzentrierungseffekt the end mill is according to a preferred Training given by a hollow grinding on the front page. Here, the end cutting preferably form a hollow ground angle of at least 1 ° and at the most 5 °. At the Attaching the end mill to the surface of the to be machined workpiece thus creates a negative cone, which is the self-centering causes.
An jede Stirnschneide schließt sich vorzugsweise eine Planfase an, die in einer Ebene liegt, welche etwa parallel zur Werkzeugachse ist. Die Planfase grenzt des Weiteren an die der Stirnschneide zugeordnete Umfangsschneide. Ein Eckenradius im Übergangsbereich zwischen der Stirnschneide und der Umfangsschneide sollte derart bemessen sein, dass sowohl eine hohe Verschleißfestigkeit des Werkzeugs gegeben ist als auch die Schneidkräfte gut beherrschbar bleiben. Vor zugsweise ist der Eckenradius geringer dimensioniert als die Planfase in axialer Richtung des Schaftfräsers, d.h. die Rundung zwischen Stirnschneide und Umfangsschneide erstreckt sich nur über einen Teil der Breite der Planfase.At every front cutting edge closes preferably a Planfase, which lies in a plane which is approximately parallel to the tool axis. The Planfase also borders to the end cutting associated peripheral edge. A corner radius in the transition area between the end cutting edge and the peripheral cutting edge should be such be measured that given both a high wear resistance of the tool is good as well as the cutting forces remain manageable. Before preferably the corner radius is smaller dimensioned as the Planfase in the axial direction of the end mill, i. the rounding between the cutting edge and peripheral edge extends just over a part of the width of the plane bevel.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass durch die ungleiche Winkelteilung zwischen den einzelnen Umfangsschneiden eines Schaftfräsers und die negativen Spanwinkel der Umfangsschneiden ein auch bei hoher Zerspanungsleistung praktisch schwingungsfreier Betrieb des Werkzeugs ermöglicht ist, wobei eine sehr hohe Stabilität des Werkzeugs bei gleichzeitig guter Spanabfuhr durch einen sich von der Stirnseite weg vergrößernden Kerndurchmesser gegeben ist.Of the Advantage of the invention is in particular that by the unequal Angle division between the individual peripheral cutting an end mill and the negative rake angle of the peripheral cutting one at high Cutting performance virtually vibration-free operation of the tool allows is, with a very high stability of the tool at the same time Good chip removal through a magnifying away from the front Core diameter is given.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:following is an embodiment of Invention explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.
Sämtliche
Figuren zeigen einen aus Vollhartmetall gefertigten Schaftfräser
Jede
Umfangsschneide
Zwischen
jeweils zwei benachbarten Umfangsschneiden
Der
unmittelbar an die Umfangsschneide
Ebenso
weist eine an die Umfangsschneide
Ein
zweistufig ausgebildeter Stirnfreiwinkel αS1, αS2 an
der Stirnschneide
Die
schraubenförmigen
Umfangsschneiden
Im Übergangsbereich
zwischen der Stirnschneide
- 11
- SchaftfräserEnd mills
- 22
- Stirnseitefront
- 33
- Stirnschneideend cutting edge
- 4a-4d4a-4d
- Umfangsschneideperipheral cutting edge
- 55
- Spannutflute
- 66
- Nutvertiefungnotch groove
- 77
- Spanleitstufechip breaker
- 88th
- Leitkanteleading edge
- 99
- Nutbodengroove bottom
- 1010
- UmfangsfreiflächeExtensive open space
- 1111
- Planfaseparallel land
- 1212
- StirnfreiflächeForehead open space
- AA
- Werkzeugachsetool axis
- BB
- Breitewidth
- DD
- WerkzeugdurchmesserTool diameter
- KK
- Kerndurchmessercore diameter
- KS K S
- Stirn-KerndurchmesserForehead core diameter
- LL
- Längelength
- RR
- Eckenradiuscorner radius
- δδ
- HohlschliffwinkelHollow-ground angle
- γS γ S
- StirnspanwinkelFront rake angle
- αM α M
- MantelfreiwinkelCoat clearance angle
- γM γ M
- Spanwinkelrake angle
- t1-t4 t 1 -t 4
- Teilungswinkelpitch angle
- λλ
- Drallwinkelangle of twist
- αS1 α S1
- StirnfreiwinkelEnd clearance angle
- αS2 α S2
- StirnfreiwinkelEnd clearance angle
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: LICHA, HANS-JOERG, 90765 FUERTH, DE Inventor name: GLIMPEL, HELMUT, 91207 LAUF, DE |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |