DE112011102667T5

DE112011102667T5 - Konturschaftfräser

Info

Publication number: DE112011102667T5
Application number: DE112011102667T
Authority: DE
Inventors: Danny Ray Davis
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2013-07-11
Also published as: JP2013533129A; US20120039677A1; SE1350162A1; CN103052459A; WO2012021206A3; KR20130105808A; WO2012021206A2

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 von 1;
3 ist eine vergrößerte aufgeschnittene Ansicht des Schaftfräsers von 1;
4 ist eine Enddraufsicht des Schaftfräsers von 1;
5 ist eine Seitenansicht eines Konturschaftfräsers mit zwei Nuten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 ist eine vergrößerte Seitenansicht des Schneidabschnitts des Schaftfräsers von 5;
7 ist eine weitere vergrößerte Seitenansicht des Schneidabschnitts des Schaftfräsers von 6 um neunzig (90) Grad gedreht;
8 ist eine isometrische Endansicht des Schaftfräsers von 5;
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 bei 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Im Allgemeinen weist der Schaftfräser 10 einen Schaftabschnitt 12 und einen Schneidabschnitt 14 auf. Der Schaftabschnitt 12 definiert einen Schaftdurchmesser 16 und der Schneidabschnitt 14 definiert einen Schneiddurchmesser 18. In einigen Ausführungsformen ist der Schaftdurchmesser 16 im Wesentlichen gleich dem Schneiddurchmesser 18. In anderen Ausführungsformen kann der Schaftdurchmesser 16 geringfügig größer oder kleiner als der Schneiddurchmesser 18 sein. Der Schaftfräser 10 weist eine Gesamtlänge 20 und eine Schneidlänge 22 auf. Der Schneidabschnitt 14 umfasst einen Eckenradius 24 und einen Hauptradius 26. Der Schaftfräser 10 weist eine zentrale Längsachse 28 auf.
Mit Bezug auf 2 umfasst der Schneidabschnitt 14 des Schaftfräsers 10 zwei Nuten 30, die einen Kerndurchmesser 32, einen radialen Neigungswinkel 34, einen Neigungskontrollpunkt 36, einen radialen primären Winkel 38 und einen radialen sekundären Winkel 40 definieren. In einer Ausführungsform ist der radiale Neigungswinkel 34 ungefähr +4 Grad, der radiale primäre Winkel 38 ist ungefähr +9 Grad und der radiale sekundäre Winkel 40 ist ungefähr +20 Grad.
Mit Bezug auf 3 umfasst der Schneidabschnitt 14 des Schaftfräsers 10 einen axialen Neigungswinkel 42, einen axialen primären Winkel 44 und einen axialen sekundären Winkel 46. In einer Ausführungsform ist der axiale Neigungswinkel ungefähr +4 Grad, der axiale primäre Winkel 44 ist ungefähr +9 Grad und der axiale sekundäre Winkel 40 ist ungefähr +20 Grad.
Mit Bezug auf 4 umfasst der Schneidabschnitt 14 des Schaftfräsers 10 ein primäres Relief 48, ein sekundäres Relief 50, einen schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt 52 und ein Hinterendrelief 54. Ein zentraler Steg 56 weist eine von null verschiedene Dicke auf. In einer Ausführungsform ist die Dicke des zentralen Steges 56 beispielsweise ungefähr 0,006 Zoll (0,152 mm). Der schraubenförmige axiale Neigungseinschnitt 52 ist von der zentralen Längsachse 28 um einen Abstand 58 versetzt, um zu ermöglichen, dass die axiale Neigung im Wesentlichen auf die zentrale Längsachse 28 des Schaftfräsers 10 ausgerichtet wird. In einer Ausführungsform ist der Abstand 58 ungefähr 0,006 Zoll (0,152 mm). Die Dicke des zentralen Steges 56 und der Versatzabstand 58 dienen nur für Erläuterungszwecke und die Erfindung kann mit irgendeiner gewünschten Dicke und irgendeinem gewünschten Versatzabstand ausgeführt werden. Eine Schneidkante 60 ist am Schnitt zwischen dem schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt 52 und dem primären Relief 48 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform weist der Schaftfräser 10 zwei (2) Schneidkanten 60 auf. Es ist jedoch zu erkennen, dass die Erfindung mit irgendeiner erwünschten Anzahl von Schneidkanten 60, beispielsweise mehr als zwei (2) Schneidkanten, und dergleichen ausgeführt werden kann.
Wie in 5–8 zu sehen, ist der schraubenförmige axiale Neigungseinschnitt 52 in einem Einschnittwinkel 62 in Bezug auf die zentrale Längsachse 28 des Schaftfräsers 10 ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Einschnittwinkel 62 ungefähr fünfundvierzig (45) Grad. Es wird angemerkt, dass der Schaftfräser 10 auch einen unteren Einschnitt 64 zwischen dem schraubenförmigen axialen Neigungseinschnitt 52 und dem Hinterendrelief 54 für die benachbarte Nut 30 (in 5 nicht sichtbar) umfasst. In einer Ausführungsform ist der Winkel des unteren Einschnitts 64 ungefähr 110 Grad. Außerdem umfasst der Schaftfräser 10 eine radiale und axiale Freigabe 66.
In der Erfindung sind der Eckenradius 24 und der Hauptradius 26 als Funktion des Schneiddurchmessers 18 definiert. Der Eckenradius 24 ist beispielsweise geringer als eine Hälfte des Schneiddurchmessers 18. In der dargestellten Ausführungsform ist der Eckenradius 24 beispielsweise ungefähr 0,18-mal der Schneiddurchmesser 18.
In einem Aspekt der Erfindung ist der Hauptradius 26 größer als eine Hälfte des Schneiddurchmessers 18 des Schaftfräsers 10. In der dargestellten Ausführungsform ist der Hauptradius 26 beispielsweise 0,85-mal der Schneiddurchmesser 18. Es ist jedoch zu erkennen, dass der Hauptradius 26 ein beliebiger Wert größer als 0,50-mal der Schneiddurchmesser 18 sein kann. Der Hauptradius 26 kann beispielsweise 0,51-mal der Schneiddurchmesser 18, 0,52-mal der Schneiddurchmesser 26, ..., 0,99-mal der Schneiddurchmesser 26 sowie Werte in Tausendstel dazwischen sein.
Wie in 9(a)–(f) gezeigt, schafft der Schaftfräser 10 der Erfindung eine überlegene Schneidleistung im Vergleich zu herkömmlichen Schaftfräsern. Die überlegene Schneidleistung wird. unter Verwendung sowohl des Eckenradius 24 als auch des Hauptradius 26 des Schaftfräsers 10 während des Schneidvorgangs erreicht. Wie in Fig. (a), (b), (d) und (e) gezeigt, führt der Hauptradius 26 den Schneidvorgang des Werkstücks 70 durch. In Fig. (c) und (f) führt jedoch der Eckenradius 24 den Schneidvorgang des Werkstücks 70 durch. Da sowohl der Eckenradius 24 als auch der Hauptradius 26 des Schaftfräsers 10 während des Schneidvorgangs verwendet werden können, kann der Schaftfräser 10 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 Hauptradius 26 größer ist als mehr als eine Hälfte des Schneiddurchmessers 18, mehrere deutliche Vorteile im Vergleich zu dem herkömmlichen Vollradiusschaftfräser, der in 11(a) und (b) gezeigt ist. Wie in 10(a) gezeigt, schafft der Schaftfräser 10 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 in 10(b) gezeigt, erzeugt der Schaftfräser 10 der Erfindung mit derselben Vorschubrate Späne mit einer Dicke, die viel geringer ist als die Dicke des durch den in 11(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

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).