DE112011102667T5 - Konturschaftfräser - Google Patents
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Abstract
Ein Konturschaftfräser (10) umfasst einen Schaftabschnitt (12) und einen Schneidabschnitt (14). Der Schneidabschnitt definiert einen Schneiddurchmesser (18), einen Eckenradius (24) und einen Hauptradius (26). Der Hauptradius ist größer als eine Hälfte des Schneiddurchmessers. Folglich erzeugt der Schaftfräser eine viel glattere Oberflächengüte und eine verringerte Spandicke.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Schaftfräser werden bei Fräsvorgängen aufgrund ihres vielseitigen Anwendungsbereichs und aufgrund der mäßigen Kosten des Werkzeugs umfangreich verwendet. Schaftfräser weisen häufig eine zylindrische Form auf und sind im Allgemeinen bis zu etwa 80 mm Durchmesser erhältlich. Viele Schaftfräser weisen flache Enden auf; andere Formen wie z. B. konische und abgerundete Enden werden jedoch auch verwendet. Typischerweise weist ein Schaftfräser zwei (2) bis zehn (10) Zähne in Abhängigkeit vom Durchmesser, von der Größe und davon, ob er für grobes Schneiden oder Endbearbeiten konfiguriert ist, auf. Die Zähne sind gewöhnlich spiralförmig, können jedoch gerade und zur Längsachse parallel sein. Übliche Materialien, die bei der Konstruktion von Schaftfräsern verwendet werden, sind Hochgeschwindigkeitsstahl, Vollhartmetall, Cermets oder Keramik oder Kombinationen davon.
- Vollradiusschaftfräser werden häufig bei schwierigen Vorgängen verwendet, bei denen die Anforderungen hinsichtlich der Oberflächengüte sehr hoch sind. In diesen Anwendungen können keine Unebenheit und keine Kerben welcher Art auch immer toleriert werden, die später einen Ausfall verursachen können, während gleichzeitig eine hohe Produktivität und vorhersagbare lange Werkzeuglebensdauer sehr erwünscht sind. Ferner kann das Werkzeug während des maschinellen Bearbeitungsvorgangs nicht ausgetauscht werden, was zu einer schlechteren Genauigkeit des hergestellten Teils führen könnte, wenn das Werkzeug verschleißt.
-
11(a) und (b) stellen einen typischen Schneidvorgang unter Verwendung eines herkömmlichen Vollradiusschaftfräsers unter Verwendung eines vorbestimmten Schritts über die Breite dar. Wie zu sehen ist, erzeugt der herkömmliche Vollradiusschaftfräser eine etwas raue Oberflächengüte in Form von sinusförmigen Bögen mit einer relativ großen Tiefe. Außerdem erzeugt der herkömmliche Vollradiusschaftfräser Späne mit relativ großer Dicke. Diese raue Oberflächengüte ist für Vorgänge, die eine glatte, gleichmäßige Oberflächengüte erfordern, inakzeptabel. - Zusammenfassung der Erfindung
- Das Problem der rauen Oberflächengüte und der relativ großen Spandicke, das mit herkömmlichen Schaftfräsern verbunden ist, wird durch einen Konturschaftfräser mit einem Hauptradius, der größer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers, gelöst.
- In einem Aspekt umfasst ein Konturschaftfräser einen Schaftabschnitt; und einen Schneidabschnitt, der einen Schneiddurchmesser, einen Eckenradius und einen Hauptradius definiert, wobei der Hauptradius größer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers.
- In einem anderen Aspekt umfasst ein Konturschaftfräser einen Schaftabschnitt; und einen Schneidabschnitt, der einen Schneiddurchmesser, einen Eckenradius und einen Hauptradius definiert. Der Schneidabschnitt umfasst ferner mehrere Nuten, die einen Kerndurchmesser, einen radialen Neigungswinkel, einen Neigungskontrollpunkt, einen radialen primären Winkel, einen radialen sekundären Winkel, ein primäres Relief, ein sekundäres Relief, einen schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt, ein Hinterendrelief und eine Schneidkante, die an einem Schnitt zwischen dem schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt und dem primären Relief ausgebildet ist, definieren, wobei der Hauptradius größer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers und wobei der Eckenradius geringer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers.
- In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Schaftfräsen eines Werkstücks unter Verwendung eines Konturschaftfräsers das Durchführen eines Schneidvorgangs mit dem Hauptradius des Schneidabschnitts; und das Durchführen eines Schneidvorgangs mit dem Eckenradius des Schneidabschnitts.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt werden, sollten die speziellen gezeigten Ausführungsformen nicht als Begrenzung der Ansprüche aufgefasst werden. Es wird erwartet, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen.
-
1 ist eine Seitendraufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Konturschaftfräsers der Erfindung; -
2 ist eine Querschnittsansicht des Schaftfräsers entlang der Linie 2-2 von1 ; -
3 ist eine vergrößerte aufgeschnittene Ansicht des Schaftfräsers von1 ; -
4 ist eine Enddraufsicht des Schaftfräsers von1 ; -
5 ist eine Seitenansicht eines Konturschaftfräsers mit zwei Nuten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
6 ist eine vergrößerte Seitenansicht des Schneidabschnitts des Schaftfräsers von5 ; -
7 ist eine weitere vergrößerte Seitenansicht des Schneidabschnitts des Schaftfräsers von6 um neunzig (90) Grad gedreht; -
8 ist eine isometrische Endansicht des Schaftfräsers von5 ; -
9 ist eine Draufsicht eines Schneidvorgangs unter Verwendung des Schaftfräsers der Erfindung; -
10(a) und (b) sind Draufsichten eines Schneidvorgangs, die eine verbesserte Oberflächengüte und verringerte Spandicke zeigen, unter Verwendung des Schaftfräsers der Erfindung; und -
11(a) und (b) sind eine Draufsicht eines Schneidvorgangs, die eine unannehmbare Oberflächengüte und erhöhte Spandicke zeigen, unter Verwendung eines herkömmlichen Schaftfräsers. - Ausführliche Beschreibung der Erfindung
- Das Nachstehende sind Darstellungen und Erläuterungen für eine Version eines Schaftfräs-Bohr-/Drillbohr-Kombinationsschneidwerkzeugs und eines Verfahren zur maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks. Es wird jedoch angemerkt, dass das Kombinationsschneidwerkzeug und das maschinelle Bearbeitungsverfahren so konfiguriert sein können, dass sie für die spezifische Anwendung geeignet sind, und nicht nur auf das Beispiel in der Darstellung begrenzt sind.
- Mit Bezug auf
1 –4 , in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen, ist ein Konturschaftfräser im Allgemeinen bei10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Im Allgemeinen weist der Schaftfräser10 einen Schaftabschnitt12 und einen Schneidabschnitt14 auf. Der Schaftabschnitt12 definiert einen Schaftdurchmesser16 und der Schneidabschnitt14 definiert einen Schneiddurchmesser18 . In einigen Ausführungsformen ist der Schaftdurchmesser16 im Wesentlichen gleich dem Schneiddurchmesser18 . In anderen Ausführungsformen kann der Schaftdurchmesser16 geringfügig größer oder kleiner als der Schneiddurchmesser18 sein. Der Schaftfräser10 weist eine Gesamtlänge20 und eine Schneidlänge22 auf. Der Schneidabschnitt14 umfasst einen Eckenradius24 und einen Hauptradius26 . Der Schaftfräser10 weist eine zentrale Längsachse28 auf. - Mit Bezug auf
2 umfasst der Schneidabschnitt14 des Schaftfräsers10 zwei Nuten30 , die einen Kerndurchmesser32 , einen radialen Neigungswinkel34 , einen Neigungskontrollpunkt36 , einen radialen primären Winkel38 und einen radialen sekundären Winkel40 definieren. In einer Ausführungsform ist der radiale Neigungswinkel34 ungefähr +4 Grad, der radiale primäre Winkel38 ist ungefähr +9 Grad und der radiale sekundäre Winkel40 ist ungefähr +20 Grad. - Mit Bezug auf
3 umfasst der Schneidabschnitt14 des Schaftfräsers10 einen axialen Neigungswinkel42 , einen axialen primären Winkel44 und einen axialen sekundären Winkel46 . In einer Ausführungsform ist der axiale Neigungswinkel ungefähr +4 Grad, der axiale primäre Winkel44 ist ungefähr +9 Grad und der axiale sekundäre Winkel40 ist ungefähr +20 Grad. - Mit Bezug auf
4 umfasst der Schneidabschnitt14 des Schaftfräsers10 ein primäres Relief48 , ein sekundäres Relief50 , einen schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt52 und ein Hinterendrelief54 . Ein zentraler Steg56 weist eine von null verschiedene Dicke auf. In einer Ausführungsform ist die Dicke des zentralen Steges56 beispielsweise ungefähr 0,006 Zoll (0,152 mm). Der schraubenförmige axiale Neigungseinschnitt52 ist von der zentralen Längsachse28 um einen Abstand58 versetzt, um zu ermöglichen, dass die axiale Neigung im Wesentlichen auf die zentrale Längsachse28 des Schaftfräsers10 ausgerichtet wird. In einer Ausführungsform ist der Abstand58 ungefähr 0,006 Zoll (0,152 mm). Die Dicke des zentralen Steges56 und der Versatzabstand58 dienen nur für Erläuterungszwecke und die Erfindung kann mit irgendeiner gewünschten Dicke und irgendeinem gewünschten Versatzabstand ausgeführt werden. Eine Schneidkante60 ist am Schnitt zwischen dem schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt52 und dem primären Relief48 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform weist der Schaftfräser10 zwei (2) Schneidkanten60 auf. Es ist jedoch zu erkennen, dass die Erfindung mit irgendeiner erwünschten Anzahl von Schneidkanten60 , beispielsweise mehr als zwei (2) Schneidkanten, und dergleichen ausgeführt werden kann. - Wie in
5 –8 zu sehen, ist der schraubenförmige axiale Neigungseinschnitt52 in einem Einschnittwinkel62 in Bezug auf die zentrale Längsachse28 des Schaftfräsers10 ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Einschnittwinkel62 ungefähr fünfundvierzig (45) Grad. Es wird angemerkt, dass der Schaftfräser10 auch einen unteren Einschnitt64 zwischen dem schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt52 und dem Hinterendrelief54 für die benachbarte Nut30 (in5 nicht sichtbar) umfasst. In einer Ausführungsform ist der Winkel des unteren Einschnitts64 ungefähr 110 Grad. Außerdem umfasst der Schaftfräser10 eine radiale und axiale Freigabe66 . - In der Erfindung sind der Eckenradius
24 und der Hauptradius26 als Funktion des Schneiddurchmessers18 definiert. Der Eckenradius24 ist beispielsweise geringer als eine Hälfte des Schneiddurchmessers18 . In der dargestellten Ausführungsform ist der Eckenradius24 beispielsweise ungefähr 0,18-mal der Schneiddurchmesser18 . - In einem Aspekt der Erfindung ist der Hauptradius
26 größer als eine Hälfte des Schneiddurchmessers18 des Schaftfräsers10 . In der dargestellten Ausführungsform ist der Hauptradius26 beispielsweise 0,85-mal der Schneiddurchmesser18 . Es ist jedoch zu erkennen, dass der Hauptradius26 ein beliebiger Wert größer als 0,50-mal der Schneiddurchmesser18 sein kann. Der Hauptradius26 kann beispielsweise 0,51-mal der Schneiddurchmesser18 , 0,52-mal der Schneiddurchmesser26 , ..., 0,99-mal der Schneiddurchmesser26 sowie Werte in Tausendstel dazwischen sein. - Wie in
9(a) –(f) gezeigt, schafft der Schaftfräser10 der Erfindung eine überlegene Schneidleistung im Vergleich zu herkömmlichen Schaftfräsern. Die überlegene Schneidleistung wird. unter Verwendung sowohl des Eckenradius24 als auch des Hauptradius26 des Schaftfräsers10 während des Schneidvorgangs erreicht. Wie in Fig. (a), (b), (d) und (e) gezeigt, führt der Hauptradius26 den Schneidvorgang des Werkstücks70 durch. In Fig. (c) und (f) führt jedoch der Eckenradius24 den Schneidvorgang des Werkstücks70 durch. Da sowohl der Eckenradius24 als auch der Hauptradius26 des Schaftfräsers10 während des Schneidvorgangs verwendet werden können, kann der Schaftfräser10 der Erfindung eine überlegene Schneidleistung an den kompliziertesten dreidimensionalen Werkstücken bereitstellen. Dagegen sind herkömmliche Schaftfräser zum Durchführen desselben Typs von Schneidvorgang an solchen komplizierten dreidimensionalen Werkstücken außerstande. - Wie in
10(a) und (b) gezeigt, schafft, dass der Hauptradius26 größer ist als mehr als eine Hälfte des Schneiddurchmessers18 , mehrere deutliche Vorteile im Vergleich zu dem herkömmlichen Vollradiusschaftfräser, der in11(a) und (b) gezeigt ist. Wie in10(a) gezeigt, schafft der Schaftfräser10 der Erfindung eine viel glattere Oberflächengüte mit demselben Schritt über die Breite im Vergleich zum herkömmlichen Vollradiusschaftfräser. Folglich verbringt der Benutzer weniger Zeit mit der Endbearbeitung des Werkstücks. Alternativ kann der Benutzer den Schritt über die Breite erhöhen, was die Zykluszeit drastisch verkürzt. Wie in10(b) gezeigt, erzeugt der Schaftfräser10 der Erfindung mit derselben Vorschubrate Späne mit einer Dicke, die viel geringer ist als die Dicke des durch den in11(b) gezeigten herkömmlichen Vollradiusschaftfräser erzeugten Spans. Alternativ kann der Benutzer die Vorschubrate des Werkstücks beträchtlich erhöhen, was die Zykluszeit drastisch verkürzt. - Wie vorstehend beschrieben, bietet der Schaftfräser
10 der Erfindung viele deutliche Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Vollradiusschaftfräsern. - Die Patente und Veröffentlichungen, auf die hier Bezug genommen wurde, werden hiermit durch den Hinweis aufgenommen.
- Nachdem derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, kann die Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche anders verkörpert werden.
Claims (10)
- Konturschaftfräser (
10 ), der Folgendes umfasst: einen Schaftabschnitt (12 ); und einen Schneidabschnitt (14 ), der einen Schneiddurchmesser (18 ), einen Eckenradius (24 ) und einen Hauptradius (26 ) definiert, wobei der Hauptradius (26 ) größer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers (18 ). - Schaftfräser nach Anspruch 1, wobei der Eckenradius (
24 ) geringer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers (18 ). - Schaftfräser nach Anspruch 1, wobei der Schneidabschnitt (
14 ) ferner mehrere Nuten (30 ) umfasst, die einen Kerndurchmesser (32 ), einen radialen Neigungswinkel (34 ), einen Neigungskontrollpunkt (36 ), einen radialen primären Winkel (38 ) und einen radialen sekundären Winkel (40 ) definieren. - Schaftfräser nach Anspruch 1, wobei der Schneidabschnitt (
14 ) ferner ein primäres Relief (48 ), ein sekundäres Relief (50 ), einen schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt (52 ) und ein Hinterendrelief (54 ) umfasst. - Schaftfräser nach Anspruch 4, wobei eine Schneidkante (
60 ) an einem Schnitt zwischen dem schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt (52 ) und dem primären Relief (48 ) ausgebildet ist. - Schaftfräser nach Anspruch 4, wobei der schraubenförmige axiale Neigungseinschnitt (
52 ) von einer zentralen Längsachse (28 ) des Schaftfräsers versetzt ist. - Schaftfräser nach Anspruch 4, wobei der schraubenförmige axiale Neigungseinschnitt (
52 ) in einem Einschnittwinkel (62 ) in Bezug auf eine zentrale Längsachse (28 ) des Schaftfräsers ausgebildet ist. - Schaftfräser nach Anspruch 1, wobei der Schneidabschnitt (
14 ) ferner einen zentralen Steg (56 ) mit einer von null verschiedenen Dicke umfasst. - Konturschaftfräser (
10 ), der Folgendes umfasst: einen Schaftabschnitt (12 ); und einen Schneidabschnitt (14 ), der einen Schneiddurchmesser (18 ), einen Eckenradius (24 ) und einen Hauptradius (26 ) definiert, wobei der Schneidabschnitt (14 ) ferner mehrere Nuten (30 ) umfasst, die einen Kerndurchmesser (32 ), einen radialen Neigungswinkel (34 ), einen Neigungskontrollpunkt (36 ), einen radialen primären Winkel (38 ), einen radialen sekundären Winkel (40 ), ein primäres Relief (48 ), ein sekundäres Relief (50 ), einen schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt (52 ), ein Hinterendrelief (54 ) und eine Schneidkante (60 ), die an einem Schnitt zwischen dem schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt (52 ) und dem primären Relief (48 ) ausgebildet ist, definieren, wobei der Hauptradius (26 ) größer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers (18 ), und wobei der Eckenradius (24 ) kleiner ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers (18 ). - Verfahren zum Schaftfräsen eines Werkstücks (
70 ) unter Verwendung eines Konturschaftfräsers (10 ), wobei der Schaftfräser einen Schaftabschnitt (12 ); und einen Schneidabschnitt (14 ) umfasst, der einen Schneiddurchmesser (18 ), einen Eckenradius (24 ) und einen Hauptradius (26 ) definiert, wobei der Eckenradius (24 ) kleiner ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers (18 ), wobei der Hauptradius (26 ) größer ist als eine Hälfte des Schneiddurchmessers (18 ), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Durchführen eines Schneidvorgangs mit dem Hauptradius (26 ) des Schneidabschnitts (14 ); und Durchführen eines Schneidvorgangs (26 ) mit dem Eckenradius (24 ) des Schneidabschnitts (14 ).
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