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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stirnfräser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der zum Schneiden, Stollen, Stechen und dergleichen von faserverstärkten Verbundmaterialien eingesetzt wird, für die faserverstärkte Kunststoffe, Metallmaterialien usw. als Beispiele stehen.
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Technischer Hintergrund
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Faserverstärkte Verbundmaterialien, insbesondere mit Kohlefaser verstärkte Verbundmaterialien (im Folgenden als CFK bezeichnet), bei denen Kohlefasern eingesetzt werden, bewirken Verringerung des Gewichtes von Strukturen, und sie sind zunehmend für Flugzeuge, Kraftfahrzeuge usw. gefragt, weil aufgrund der Gewichtsverringerung Kraftstoffeinsparung erwartet wird. CFK wird hergestellt, indem Schichten eines Prepreg laminiert und integriert werden, der erzeugt wird, indem ein Gewebe aus Kohlefasern oder ein Material, das aus unidirektional ausgerichteten Kohlefasern besteht, mit einem Harz imprägniert wird. Bei einer CFK-Platte oder dergleichen wird ein Randabschnitt aufgrund des Herstellungsverfahrens ein Abschnitt mit instabiler Qualität. Daher wird ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein Element so hergestellt wird, dass es von vornherein einen derartigen Bereich als einen zusätzlichen Randabschnitt aufweist, und nachdem das Harz ausgehärtet ist, wird der zusätzliche Randabschnitt abgeschnitten, um ein Erzeugnis zu gewinnen.
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Für diesen Fall sind ein Wasserstrahlverfahren und ein Stirnfräsverfahren als das Verfahren zum Abschneiden des zusätzlichen Randabschnitts bekannt. Obwohl das letztere Verfahren, bei dem ein Stirnfräser eingesetzt wird, insofern vorteilhaft ist, als keine großen Anlagen erforderlich sind, eine vorhandene Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden kann und der zusätzliche Randabschnitt abgeschnitten werden kann, ohne Vorbohrungen herzustellen, besteht ein Problem in der kurzen Lebensdauer des Stirnfräsers.
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Um die Lebensdauer des Stirnfräsers zu verlängern, ist ein Stirnfräser eingesetzt worden, der mit einer harten Beschichtung (beispielsweise Diamantbeschichtung) beschichtet ist. Da CFK ein Material ist, bei dem leicht Grate auftreten, treten, selbst wenn der Abrieb der Schneidkante einen Wert hat, bei dem bei der Bearbeitung von Metall kein Problem auftritt, bei der Bearbeitung von CFK Grate auf, und dann wird davon ausgegangen, dass das Werkzeug (Stirnfräser) das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat. Daher ist die Lebensdauer des Stirnfräsers bei der Bearbeitung von CFK selbst dann kurz, wenn ein Stirnfräser eine harte Beschichtung aufweist.
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Des Weiteren sind in vielen Fällen für Rümpfe, Tragflächen usw. von Flugzeugen eingesetzte CFK groß, und die Fixierung derartig großer Werkstücke wird leicht instabil, da beim maschinellen Bearbeiten nur begrenzt Fixierpunkte verfügbar sind. Daher kommt es bei der Bearbeitung zum sogenannten ”Rattern” des Werkstücks, wodurch Werkzeugschneiden beschädigt werden. Dadurch wird auch die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt, und durch die kurze Lebensdauer des Werkzeugs steigen die Bearbeitungskosten an.
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Diesbezüglich offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldung
JP 61142009 ein Dreh-Schneidwerkzeug, bei dem, um das Auftreten von Graten beim Bearbeiten von faserverstärktem Verbundmaterial zu unterdrücken, Einsätze an einem oberen Ende eines Schafts angebracht sind, wobei die Einsätze rechtsläufige Spiral-Schneidkanten und linksläufige Spiral-Schneidkanten enthalten und die rechsläufigen Spiral-Schneidkanten sowie die linksläufigen Spiral-Schneidkanten abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Ein Stirnfräser mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist aus der US Patentanmeldung US 2005/0031421 A1 bekannt.
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Die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 297 15 192 offenbart ein Fräswerkzeug, welches eine geringe Schwingungsneigung aufweist. Das Fräswerkzeug umfasst eine Mehrzahl an in dieselbe Richtung verlaufende Schneidkanten, wobei wenigstens benachbarte Schneidkanten zueinander unterschiedliche Steigungen aufweisen, um einen Abstand der Schneidkanten in Umfangsrichtung des Fräswerkzeug auf dem gesamten Bearbeitungsabschnitt in Längsrichtung des Fräswerkzeugs unterschiedlich und variiert zu halten.
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Die japanische Patentanmeldung
JP 2256412 A offenbart einen Schaftfräser, der in Umfangsrichtung des Schaftfräsers mehrere gleichartig ausgebildete erste Schneidkanten umfasst, die spiralförmig in derselben Richtung verlaufen. Die gleichartig ausgestalteten Schneidkanten üben damit auf einen Werkstück gleichartige Schneidkräfte auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Bei dem in der
JP 61142009 offenbarten Dreh-Schneidwerkzeug sind die rechtsläufigen Spiral-Schneidkanten und die linksläufigen Spiral-Schneidkanten in einer abgestuften Anordnung in der axialen Richtung so angeordnet, dass der obere Abschnitt und der untere Abschnitt eines zu bearbeitenden Bereichs separat mit den zwei Typen von Schneidkanten geschnitten werden. Die Schneidkräfte in dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt des zu bearbeitenden Bereichs sind auf die Mitte des Werkstücks in der Dickenrichtung gerichtet, so dass das Auftreten von Graten unterdrückt wird. Jedoch reicht bei diesem Werkzeug, da der obere Abschnitt und der untere Abschnitt des zu bearbeitenden Bereichs separat mit den rechtsläufigen Spiral-Schneidkanten und den linksläufigen Spiral-Schneidkanten geschnitten werden, die Unterdrückung von Graten nicht aus.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Lichte des Standes der Technik besteht darin, das Auftreten von Graten bei der Bearbeitung mit einem Stirnfräser effektiv zu unterdrücken.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird mit der vorliegenden Erfindung ein Stirnfräser mit den Merkmalen nach dem Patentanspruch 1 vorgeschlagen.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stirnfräsers sind mit den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.
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Vorteile
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Bei dem Stirnfräser gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Phasenwinkel (an der Werkzeugoberseite) zwischen einer der ersten Schneidkanten und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, so festgelegt, dass er sich von dem Phasenwinkel (an der Werkzeugoberseite) zwischen der zweiten Schneidkante und ihrer angrenzenden ersten Schneidkante unterscheidet, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist. Daher ist es möglich, jede der ersten Schneidkanten und der zweiten Schneidkanten so auszuführen, dass sie durchgehend über die effektive Schneidkantenlänge verlaufen, wobei die ersten Schneidkanten und die zweiten Schneidkanten, die spiralförmig in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, einander nicht schneiden. Indem jede der ersten Schneidkanten und der zweiten Schneidkanten so ausgeführt wird, dass sie durchgehend verläuft, läuft das Schneiden gleichmäßig ab und Unterbrechung des Eingriffs der Schneidkanten mit dem Werkstück kann verhindert werden, so dass Grate nur schwer auftreten können. Des Weiteren spielen die ersten Schneidkanten, die einen positiven Drallwinkel haben, die Hauptrolle beim Schneiden. Wenn Schneiden mit einer Schneidkante durchgeführt wird, die einen positiven Drallwinkel hat, ist es schwierig, das Auftreten von Graten ausreichend zu verringern. Das heißt, Grate treten besonders leicht an der Oberseite des Werkstücks dort auf, wo eine Schneidkraft in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung zur Mitte des Werkstücks in der Dickenrichtung hin ausgeübt wird. Wenn jedoch Grate aufgrund des Schneidens mit einer Schneidkante mit einem positiven Drallwinkel auftreten, entfernt das anschließende komplementäre Schneiden mit einer Schneidkante mit einem negativen Drallwinkel die entstehenden Grate. So kann eine Schnittfläche mit einer geringen Anzahl an Graten erzeugt werden, und Bearbeitung mit hoher Qualität wird ermöglicht.
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Des Weiteren sind die Schneidkraft in der axialen Richtung jeder der Schneidkanten mit einem positiven Drallwinkel und die Schneidkraft in der axialen Richtung jeder der Schneidkanten mit einem negativen Drallwinkel entgegengesetzt zueinander gerichtet und wirken einander entgegen. Weiterhin unterscheidet sich, da der Phasenwinkel zwischen einer der ersten Schneidkanten und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, so festgelegt ist, dass sie sich von dem Phasenwinkel zwischen der zweiten Schneidkante und ihrer angrenzenden ersten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, unterscheidet, sich die Schneidperiode jeder der ersten Schneidkanten von der Schneidperiode jeder der zweiten Schneidkanten. Daher kommt es nicht ohne weiteres zu Rattern bei der Bearbeitung, und das Auftreten von Absplittern der Werkzeugkanten oder dergleichen aufgrund von Rattern wird unterdrückt, wodurch die Lebensdauer des Werkzeugs verbessert wird.
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Dieser Effekt macht sich besonders dann bemerkbar, wenn die Fixierung eines Werkstücks instabil wird, beispielsweise wenn ein großes Werkstück bearbeitet wird.
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Bei dem Stirnfräser ist der Phasenwinkel zwischen einer der ersten Schneidkanten und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, so festgelegt ist, dass er größer ist als der Phasenwinkel zwischen der zweiten Schneidkante und ihrer angrenzenden ersten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist. Dkann die Menge an Trägermetall (back metal) in dem ersten Schneidkantenabschnitt, verglichen mit einem Stirnfräser vergrößert werden, der eine derartige Anforderung nicht erfüllt, und die Festigkeit der Kante kann auf einfache Weise gewährleistet werden. Der Phasenwinkel zwischen der ersten Schneidkante und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, nimmt zur hinteren Seite (Seite näher an dem Schaft) hin allmählich ab. Da jedoch bei der Struktur der vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen der ersten Schneidkante und der zweiten Schneidkante an der Oberseite größer ist, vergrößert sich auch der Abstand zwischen den Schneidkanten an der Rückseite, und es ist auch möglich, die Menge an Trägermetall der ersten Schneidkante an der hinteren Seite der Schneidkante ausreichend zu gewährleisten.
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Bei dem Stirnfräser, bei dem der Drallwinkel der ersten Schneidkanten größer festgelegt ist als der Drallwinkel der zweiten Schneidkanten, kann eine Verringerung der Menge an Trägermetall der ersten Schneidkanten aufgrund einer Zunahme des Drallwinkels der ersten Schneidkanten durch eine Verringerung des Drallwinkels der zweiten Schneidkanten kompensiert werden. Dadurch ist es möglich, die Schneidqualität der ersten Schneidkanten zu verbessern und gleichzeitig die Kantenfestigkeit der ersten Schneidkanten aufrechtzuerhalten.
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Des Weiteren ist es mit dem Stirnfräser, der eine Stirn-Schneidkante hat, die sich über den Werkzeug-Drehmittelpunkt hinaus erstreckt, möglich, Stoßen und Stechen durchzuführen. Des Weiteren werden, da die ersten Schneidkanten und die zweiten Schneidkanten in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind, Schneiden mit einer Schneidkante, die einen positiven Drallwinkel hat, und komplementäres Schneiden zum Abgraten mit einer Schneidkante, die einen negativen Drallwinkel hat, abwechselnd durchgeführt.
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Des Weiteren können, obwohl die oben beschriebenen Vorteile auch erreicht werden können, wenn der Stirnfräser gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bearbeiten von Metallmaterialien eingesetzt wird, besonders nennenswerte Vorteile erreicht werden, wenn die vorliegende Erfindung bei der Bearbeitung von faserverstärkten Verbundmaterialien eingesetzt wird.
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Des Weiteren können bei dem Stirnfräser, bei dem die ersten Schneidkanten und/oder die zweiten Schneidkanten mit Einkerbungen versehen sind, Schneidkräfte bei der Bearbeitung verringert werden. Bei dem Stirnfräser gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Drallwinkel von Schneidkanten, verglichen mit den üblicherweise eingesetzten Stirnfräsern, klein. Selbst bei einer derartigen Struktur kann, indem Einkerbungen an den Schneidkanten geschaffen werden, um die Schneidkräfte zu verringern, der Effekt der Unterdrückung von Graten verbessert werden. Wenn Oberflächenrauhigkeit beim Scheibenfräsen berücksichtigt wird, werden vorzugsweise entweder die ersten Schneidkanten oder die zweiten Schneidkanten mit den Einkerbungen versehen, und noch besser werden die ersten Schneidkanten, die einen positiven Drallwinkel haben und eine starke Schneidlast aufnehmen, mit den Einkerbungen versehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Perspektivansicht, die einen Stirnfräser gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine Unteransicht des in 1 gezeigten Stirnfräsers.
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3 ist eine Vorderansicht des in 1 gezeigten Stirnfräsers.
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4 ist eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Stirnfräsers.
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5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in 3.
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6 ist eine Perspektivansicht, die einen Stirnfräser gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist eine Unteransicht des in 6 gezeigten Stirnfräsers.
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8 ist eine Vorderansicht des in 6 gezeigten Stirnfräsers.
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9 ist eine Seitenansicht des in 6 gezeigten Stirnfräsers.
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10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie Y-Y in 8.
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11(a) ist eine Perspektivansicht, die den wesentlichen Teil eines Stirnfräsers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 11(b) ist eine Vorderansicht des Stirnfräsers; 11(c) ist eine Seitenansicht der ersten Schneidkantenseite des Stirnfräsers; und 11(d) ist eine Seitenansicht der zweiten Schneidkantenseite des Stirnfräsers.
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12(a) ist eine Perspektivansicht, die den wesentlichen Teil eines Stirnfräsers gemäß einem Abwandlungsbeispiel der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 12(b) ist eine Vorderansicht des Stirnfräsers; 12(c) ist eine Seitenansicht der ersten Schneidkantenseite des Stirnfräsers; und 12(d) ist eine Seitenansicht der zweiten Schneidkantenseite des Stirnfräsers.
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13 ist eine Ansicht, die einen Schneidprozess mit einem Stirnfräser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnfräser
- 2
- Hauptkörper
- 3
- Schaft
- 4
- erste Schneidkante
- 5
- zweite Schneidkante
- 6
- Stirn-Schneidkante
- 7
- erste Flanke
- 8
- zweite Flanke
- 9
- Drallnut
- 10
- Werkstück
- 11
- Grat
- 12
- Einkerbung
- P1
- Phasenwinkel zwischen erster Schneidkante und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist
- P2
- Phasenwinkel zwischen zweiter Schneidkante und ihrer angrenzenden ersten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist
- A
- Oberkante von Werkstück
- B
- Unterkante von Werkstück
- θ1
- Drallwinkel von erster Schneidkante
- θ2
- Drallwinkel von zweiter Schneidkante
- L
- Effektive Schneidkantenlänge
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Beste Ausführungsweise der Erfindung
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Stirnfräser gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen 1 bis 13 beschrieben. 1 bis 5 zeigen eine erste Ausführungsform, in der die vorliegende Erfindung bei einem massiven vierschneidigen Stirnfräser eingesetzt wird, und 6 bis 10 zeigen eine zweite Ausführungsform, in der die vorliegende Erfindung bei einem massiven sechsschneidigen Stirnfräser eingesetzt wird. Des Weiteren beziehen sich 11 und 12 auf eine dritte Ausführungsform, in der die vorliegende Erfindung bei einem massiven vierschneidigen Stirnfräser eingesetzt wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung grundsätzlich wirksam wird, wenn sie bei Stirnfräsern mit zwei oder mehr Schneidkanten eingesetzt wird, ist es unter dem Aspekt von Bearbeitung mit hoher Effektivität und der Werkzeug-Lebensdauer vorteilhaft, die vorliegende Erfindung bei Stirnfräsern mit einer größeren Anzahl von Schneidkanten einzusetzen. Es wird davon ausgegangen, dass bei einem Stirnfräser mit einem Durchmesser von ungefähr 6 bis 12 mm, der üblicherweise häufig eingesetzt wird, unter dem Aspekt der Gewährleistung der Festigkeit von Schneidkanten die Obergrenze hinsichtlich der Anzahl von Schneidkanten ungefähr 6 beträgt.
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Jeder der Stirnfräser 1 enthält einen Hauptkörper 2 und einen Schaft 3, der integral mit dem hinteren Ende des Hauptkörpers 2 verbunden ist. Bei jedem der Stirnfräser sind erste Schneidkanten 4 mit einem positiven Drallwinkel θ1 (siehe 4, 9, 11(c) und 12(c)) und zweite Schneidkanten 5 mit einem negativen Drallwinkel θ2 (siehe 3, 8, 11(d) und 12(d)) abwechselnd in der Umfangsrichtung am Rand des Hauptkörpers 2 angeordnet. Des Weiteren ist eine Stirn-Schneidkante 6 an der Oberseite des Hauptkörpers 2 angeordnet.
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Bezugszeichen 7 kennzeichnet eine erste Flanke, die an jeder der Schneidkanten ausgebildet ist, Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine zweite Flanke, und Bezugszeichen 9 kennzeichnet eine Drallnut zum Abführen von Spänen. Der Drallwinkel der ersten Schneidkante 4 (der der gleiche ist wie der Drallwinkel θ1) ist größer festgelegt als der Drallwinkel der zweiten Schneidkante 5 (der der gleiche ist wie der Drallwinkel θ2). Stirnfräser, die aus gesinterter Hartlegierung und dergleichen bestehen und deren Oberfläche mit einer harten Beschichtung beschichtet ist, wie beispielsweise Diamantbeschichtung, weisen besonders gute Haltbarkeit auf.
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Bei jedem der dargestellten Stirnfräser 1 sind die ersten Schneidkanten 4 rechtsläufig spiralförmig, und die zweiten Schneidkanten 5 sind linksläufig spiralförmig. Die Schneidkanten 4 und 5 sind jeweils so ausgeführt, dass sie durchgehend über eine effektive Schneidkantenlänge L verlaufen (für die dritte Ausführungsform nicht dargestellt, auf ungefähr das Doppelte des Durchmessers D des Stirnfräsers festgelegt). Des Weiteren ist an der Werkzeugoberseite der Phasenwinkel P1 (siehe 2, 7, 11(b) und 12(b)) zwischen einer der ersten Schneidkanten 4 und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante 5, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, so festgelegt, dass er sich von dem Phasenwinkel P2 zwischen der zweiten Schneidkante 5 und ihrer angrenzenden ersten Schneidkante 4 unterscheidet. Die Phasenwinkel P1 und P2 sind Phasenwinkel an der Werkzeug-Oberseite. Dabei ist die Beziehung P1 > P2 erfüllt. Des Weiteren sind bei jedem der vierschneidigen Stirnfräser gemäß der ersten und der dritten Ausführungsform, wie in 2, 11(b) und 12(b) gezeigt, die ersten Schneidkanten 4 jeweils mit einer Stirn-Schneidkante 6 versehen, die sich von dem äußersten Rand bis zu einer Position jenseits eines Werkzeug-Drehmittelpunktes O hin erstreckt. Bei dem sechsschneidigen Stirnfräser gemäß der zweiten Ausführungsform ist, wie in 7 gezeigt, eine Stirn-Schneidkante 6 so vorhanden, dass sie sich von dem oberen Ende jeder beliebigen ersten Schneidkante 6 zu einer Position jenseits eines Werkzeug-Drehmittelpunktes O hin erstreckt.
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Des Weiteren sind bei dem Stirnfräser gemäß der dritten Ausführungsform die Schneidkanten mit Einkerbungen 12 versehen. Viele Einkerbungen 12 sind in einem konstanten Abstand in einer Längsrichtung jeder Schneidkante vorhanden. Mittels der Einkerbungen 12 werden Späne in kleine Fragmente zerbrochen, und dadurch werden die Schneidkräfte während des Bearbeitens verringert.
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Wenn Einkerbungen 12 sowohl an den ersten Schneidkanten 4 als auch den zweiten Schneidkanten 5 vorhanden sind, wie dies in 11 gezeigt ist, ist ein größerer Effekt der Verringerung von Schneidkräften während des Bearbeitens zu erwarten. Wenn Einkerbungen 12 entweder an den ersten Schneidkanten 4 oder den zweiten Schneidkanten 5 vorhanden sind, kann die Oberflächenrauhigkeit bei Scheibenbearbeitung unter Verwendung eines Wischeffektes der Schneidkanten verbessert werden, die nicht mit Einkerbungen versehen sind. In diesem Fall sind, wie in 12 gezeigt, die Einkerbungen 12 vorzugsweise an den ersten Schneidkanten 4 vorhanden, da die ersten Schneidkanten 4 mit einem positiven Drallwinkel eine größere Schneidlast aufnehmen als die zweiten Schneidkanten 5, die einen negativen Drallwinkel haben und bei denen die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass sie Rattern verursachen, und da die zweiten Schneidkanten 5 eine kleinere Schneidlast aufnehmen und als Wischkanten geeignet sind.
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Bei dem Stirnfräser gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform wird der gleiche Bereich eines Werkstücks mit den ersten Schneidkanten 4 und den zweiten Schneidkanten 5 bearbeitet. in diesem Fall spielen die rechtsläufigen, spiralförmigen ersten Schneidkanten 4 die Hauptrolle beim Schneiden, und die linksläufigen, spiralförmigen zweiten Schneidkanten 5 führen komplementäre Schneidvorgänge zum Abgraten durch. Da die ersten Schneidkanten 4 einen positiven Drallwinkel haben, wird von der Kante (Punkt A in 13) der Oberseite eines Werkstücks (faserverstärktes Verbundmaterial) 10, das in 13 dargestellt ist, eine Schneidkraft in einer Richtung ausgeübt, die von der Mitte in der Dickenrichtung des Werkstücks abweicht, d. h., eine nach oben gerichtete Schneidkraft wird in 13 ausgeübt. Dadurch entsteht aufgrund des Schneidens mit der ersten Schneidkante 4 insbesondere an dem Punkt A leicht ein Grat 11. Ein Grat 11 tritt auch an der Kante (Punkt B in 13) der Unterseite des Werkstücks 10 auf. Die Grate 11 werden entfernt, indem mit der zweiten Schneidkante 5 geschnitten wird, an der eine Schneidkraft in Richtung der Mitte des Werkstücks 10 in der Dickenrichtung ausgeübt wird. Schneiden mit der ersten Schneidkante 4 und anschließendes Abgraten mit der zweiten Schneidkante 5 werden wiederholt, und es wird Schneiden durchgeführt, bei dem das Auftreten von Graten verringert wird. So wird Bearbeiten mit hoher Qualität ermöglicht.
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Bei dem Stirnfräser gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wie oben beschrieben, der Phasenwinkel P1 zwischen einer der ersten Schneidkanten 4 und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante 5, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, so festgelegt, dass er sich von dem Phasenwinkel P2 zwischen der zweiten Schneidkante 5 und ihrer angrenzenden ersten Schneidkante 4 unterscheidet, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist. Daher ist es möglich, jede der ersten Schneidkanten 4 und der zweiten Schneidkanten 5 so auszuführen, dass sie durchgehend über die effektive Schneidkantenlänge verläuft, wobei die ersten Schneidkanten 4 und die zweiten Schneidkanten 5, die in entgegengesetzten Richtungen spiralförmig verlaufen, einander nicht schneiden. Indem die durchgehenden Schneidkanten verwendet werden, läuft das Schneiden gleichmäßig ab. Des Weiteren sind die Schneidkraft in der axialen Richtung jeder der ersten Schneidkanten 4 und die Schneidkraft in der axialen Richtung jeder der zweiten Schneidkanten 5 zueinander entgegengesetzt gerichtet und wirken einander entgegen. Weiterhin unterscheidet sich, da der Phasenwinkel P1 zwischen einer der ersten Schneidkanten 4 und ihrer angrenzenden zweiten Schneidkante, die in der Werkzeug-Drehrichtung zur Rückseite hin angeordnet ist, so festgelegt ist, dass er sich von dem Phasenwinkel P2 zwischen der zweiten Schneidkante 5 und ihrer angrenzenden ersten Schneidkante unterscheidet, die in der Werkzeug-Drehrichtung zu der Rückseite hin angeordnet ist, die Schneidperiode jeder der ersten Schneidkanten 4 von der Schneidperiode jeder der zweiten Schneidkanten 5. Aufgrund des synergetischen Effekts dieser Faktoren wird Rattern beim Bearbeiten unterdrückt, und das Auftreten von Abplatzen, Abspalten von Beschichtungen oder dergleichen an den Werkzeugkanten aufgrund von Rattern wird verringert. So wird der Effekt der Verbesserung der Werkzeuglebensdauer weiter verstärkt.
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Des Weiteren gilt hinsichtlich der Phasenwinkel P1 und P2 die Beziehung P1 > P2. Daher kann die Menge an Trägermetall, die in der Drehrichtung der ersten Schneidkante 4 zur Rückseite hin angeordnet ist, verglichen mit einem Stirnfräser, der diese Anforderung nicht erfüllt, vergrößert werden, und selbst an der hinteren Endseite der ersten Schneidkante, an der der Abstand zwischen der ersten Schneidkante 4 und der zweiten Schneidkante 5 gering ist, ist es möglich, die Kantenfestigkeit der ersten Schneidkante 4 ausreichend zu gewährleisten.
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Des Weiteren wird der Drallwinkel der ersten Schneidkanten 4 größer festgelegt als der Drallwinkel der zweiten Schneidkanten 5, und eine Verringerung der Menge an Trägermetall der ersten Schneidkanten aufgrund einer Zunahme des Drallwinkels der ersten Schneidkanten 4 kann durch Verringerung des Drallwinkels der zweiten Schneidkanten 5 ausgeglichen werden. Dadurch ist es möglich, die Schneidqualität der ersten Schneidkanten 4 zu verbessern und gleichzeitig die Kantenfestigkeit der ersten Schneidkanten 4 aufrechtzuerhalten.
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Dabei beträgt der Drallwinkel der ersten Schneidkanten 4 vorzugsweise 3° bis 10°. Wenn der Drallwinkel weniger als 3° beträgt, sind die ersten Schneidkanten 4 und die zweiten Schneidkanten 5 nahezu linear. Daher kommt es zum Aufschlag, wenn die Schneidkanten mit dem Werkstück in Eingriff gebracht werden, und der Effekt der Unterdrückung des Auftretens von Graten verringert sich. Des Weiteren kann der Drallwinkel unter dem Aspekt der Schneidleistung mehr als 10° betragen. Wenn jedoch der Drallwinkel der Schneidkanten zunimmt, wirken Kräfte, die versuchen, das Werkstück anzuheben, stärker auf das Werkstück. Daher ist die bevorzugte Obergrenze des numerischen Wertes 10°, und die Obergrenze des Drallwinkels beträgt maximal vorzugsweise 15°.
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Die Stirn-Schneidkante 6 ist kein unabdingbares Element, beispielsweise beim Beschneiden eines zusätzlichen Randabschnitts des Werkstücks. Wenn ein Stirnfräser mit einer Stirn-Schneidkante 6 versehen ist, deren inneres Ende sich bis zu einer Position jenseits eines Werkzeug-Drehmittelpunktes hin erstreckt, können Stoßen und Stechen durchgeführt werden, wodurch der Einsatzbereich des Stirnfräsers erweitert wird.
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Beispiele
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Um die Leistung von Stirnfräsern gemäß der vorliegenden Erfindung zu bewerten, wurden ein vierschneidiger Stirnfräser, bei dem der Drallwinkel θ1 der ersten Schneidkanten auf 5° festgelegt wurde und der Drallwinkel θ2 zweiter Schneidkanten auf –4° festgelegt wurde, sowie ein sechsschneidiger Stirnfräser, bei dem die Drallwinkel erster Schneidkanten und zweiter Schneidkanten wie oben aufgeführt festgelegt wurden (wobei beide ein erfindungsgemäßes Erzeugnis mit einem Durchmesser von 12 mm und einer effektiven Schneidkantenlänge von 25 mm waren) experimentell hergestellt, und ihre Schneidleistung wurde mit herkömmlichen Erzeugnissen verglichen. Als die herkömmlichen Erzeugnisse wurden vierschneidige und sechsschneidige Stirnfräser mit Drallwinkeln von 0° und 30° mit einer üblicherweise eingesetzten Form sowie ein vierschneidiger Stirnfräser eingesetzt, bei dem rechtsläufige spiralförmige Schneidkanten und linksläufige spiralförmige Schneidkanten in der axialen Richtung abgestuft so angeordnet waren, dass der obere und der untere Abschnitt eines zu bearbeitenden Bereiches separat mit den zwei Typen von Schneidkanten geschnitten wurden. Bei dem vierschneidigen erfindungsgemäßen Erzeugnis betrug, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, der Phasenwinkel P1 ungefähr 108°, und der Phasenwinkel P2 betrug ungefähr 72°. Des Weiteren betrug bei dem sechsschneidigen erfindungsgemäßen Erzeugnis, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, der Phasenwinkel P1 ungefähr 75°, und der Phasenwinkel P2 betrug ungefähr 44°. Bei einem vierschneidigen Stirnfräser und einem sechsschneidigen Stirnfräser nähern sich, wenn eine Ausführung eingesetzt wird, bei der P1 = P2, die ersten und die zweiten Schneidkanten einander jeweils zu stark an der hinteren Abschlussseite, und es ist nicht möglich, die Menge an Trägermetall der ersten Schneidkanten an der hinteren Abschlussseite ausreichend zu gewährleisten. Bei der oben beschriebenen Ausführung trat jedoch ein derartiges Problem nicht auf.
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Unter Verwendung dieser Muster wurde ein zusätzlicher Randabschnitt eines CFK abgeschnitten, wobei der CFK acht laminierte Prepreg-Schichten und eine Gesamtdicke von 8 mm aufwies. Das Schneiden wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Schneidgeschwindigkeit V = 250 m/min, Vorschub f = 0,03 mm/Zahn und Gesamt-Schneidlänge: 15 m.
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Der Schneidzustand mit den erfindungsgemäßen Erzeugnissen wurde mit einer Hochgeschwindigkeitskamera überwacht. Damit wurde bestätigt, dass das Auftreten Von Graten und das Entfernen von Graten wiederholt wurde, und das Wachstum von Graten während der Einsatzzeit des Werkzeugs gering war. Des Weiteren war das Maß an Rattern des Werkstücks beim Bearbeiten gering, das Schneidgeräusch war gering, und das Schneiden wurde leise durchgeführt.
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Im Unterschied dazu wurde bei den Vergleichserzeugnissen bei jedem der Werkzeuge das Wachstum von Graten im Verlauf der Zeit beobachtet, und es traten metallisch klingende Ratterschwingungen aufgrund von Werkstück-Rattern beim Schneiden auf.
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Die Versuchsergebnisse zeigen die Wirksamkeit der Strukturen, bei denen Schneidkanten mit einem positiven Drallwinkel und Schneidkanten mit einem negativen Drallwinkel abwechselnd angeordnet sind und die Schneidkanten jeweils so ausgeführt sind, dass sie sich durchgehend über die gesamte Schneidkantenlänge erstrecken.
