DE112015002125T5

DE112015002125T5 - Fräsköpfe mit verbesserter Kopplung

Info

Publication number: DE112015002125T5
Application number: DE112015002125.6T
Authority: DE
Inventors: Sergei V. Boulakhov; Christoph Gey; Leonid B. Sharivker; Filho Ruy Frota de Souza
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2017-01-19
Also published as: US20150314379A1; US9889509B2; WO2015171415A1; CN106457424B; CN106457424A

Abstract

Modularer Fräskopf mit einem Halter, der eine Gewindeaufnahme bestimmt. Der Fräskopf kann in die Gewindeaufnahme eingeschraubt werden. Der Fräser kann einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einer Schneidkante und einen länglichen Kopplungsabschnitt aufweisen, der von dem Schneidende beabstandet ist, wobei der Kopplungsabschnitt einen Kern und eine Vielzahl von im Allgemeinen spiralförmig verlaufenden Startgewinden in Umfangsrichtung um den Kern umfasst. Der Fräskopf kann auch ein Schneidende mit einer Spannut und einem Plattensitz umfassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht Priorität über und beansprucht den Nutzen von US Patentanmeldung Seriennr. 14/269,808, eingereicht am 5. Mai 2014, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Fräsköpfe und Werkzeuge, die Fräsköpfe umfassen.
HINTERGRUND
Modulare Fräsköpfe werden oftmals in Schneidoperationen mit wieder verwendbaren Werkzeughaltern verwendet. Schneidvorgänge erzeugen jedoch häufig einen hohen Grad von Belastung auf die Fräsköpfe und Werkzeuge, die zu einer verringerten Leistung des Werkzeugs und/oder einer verminderte Standzeit des Werkzeugs führen kann. In vielen Fällen sind Kopplungsmechanismen zwischen Fräsköpfen und Werkzeughalter unzuverlässig. Daher besteht ein Bedarf für verbesserten Fräsköpfe und/oder Werkzeuge, die zuverlässige Kopplungsmechanismen bereitstellen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt sind hierin Fräsköpfe beschrieben, die einen oder mehrere Vorteile gegenüber bekannten Fräsköpfen bieten können. Zum Beispiel kann ein hierin beschriebener Fräskopf eine ausgewogene Verteilung der Belastungen bieten, die während der Schneidvorgänge eingeführt werden, um dadurch höheres Drehmomentleistungen und eine höhere Produktivität zu ermöglichen. Darüber hinaus kann ein hier beschriebener Fräskopf eine Struktur haben, die Austauschbarkeit zwischen den Schneidvorgängen ermöglicht. Außerdem können hier beschriebene Fräsköpfe mit einer Vielzahl von Werkzeugen und/oder Werkzeughaltern mit verschiedenen Größen und/oder Formen verwendet werden.
Ein hier beschriebener Fräskopf umfasst einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einen länglichen Kopplungsabschnitt, der von dem Schneidende beabstandet ist. Der Kopplungsabschnitt umfasst einen Kern und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind. Startgewinde von Kupplungsabschnitten können quadratische, dreieckige oder trapezförmige Gewindeprofilformen umfassen. In einigen Ausführungsformen umfassen Kopplungsabschnitte mindestens zwei Startgewinde. Ferner können Kopplungsabschnitte mindestens drei Startgewinde umfassen, einschließlich vier oder fünf Startgewinde. Darüber hinaus können die Startgewinde Start-Indizes, Gänge, Ganghöhen, Kerndurchmesser, Außendurchmesser, Gewinde-Teilkreisdurchmesser oder Kombinationen davon umfassen oder definieren.
Hierin beschriebene Fräsköpfe können verschiedene Querschnittsformen aufweisen. Beispielsweise kann ein Querschnitt des Kopplungsabschnitts im Wesentlichen kreisförmig sein. Alternativ kann ein Querschnitt des Kopplungsabschnitts nicht kreisförmig ist. In ähnlicher Weise kann der Kern des Kopplungsabschnitts verschiedene Querschnittsformen aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist ein Querschnitt des Kerns im Wesentlichen kreisförmig. In anderen Ausführungsformen ist ein Querschnitt des Kerns nicht kreisförmig.
In einem anderen Aspekt werden hierin Werkzeuge beschrieben, die eine ausgewogene Belastungen bieten können, die während Schneidvorgängen in einen Halter des Werkzeugs und/oder in einen Kopf des Werkzeugs eingeführt werden. Daher bietet in einigen Ausführungsformen ein hier beschriebenes Werkzeug eine verbesserte Belastungsverteilung während des Werkzeugbetriebs, was höhere Drehmomentleistungen und eine erhöhte Produktivität ermöglicht. Darüber hinaus kann ein hier beschriebenes Werkzeug eine Struktur haben, die Fräskopf-Austauschbarkeit zwischen den Schneidvorgängen ermöglicht.
Ein hier beschriebenes Werkzeug umfasst einen Halter, der eine Gewindeaufnahme und einen modularen Fräskopf, der in die Gewindeaufnahme eingeschraubt werden kann, bestimmt. Der modulare Fräskopf weist einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einen länglichen Kopplungsabschnitt auf, der von dem Schneidende beabstandet ist, wobei der Kopplungsabschnitt einen Kern und eine Vielzahl von im Allgemeinen spiralförmig verlaufenden Startgewinden in Umfangsrichtung um den Kern umfasst. Zusätzlich kann der modulare Fräskopf ferner ein Schneidende umfassen, das eine Spannut und mindestens eines von einer Schneidkante und einem Plattensitz beinhaltet. In einigen Fällen bestimmt jedes Startgewinde des modularen Fräskopfs einen Gang, eine Ganghöhe, einen Außendurchmesser, einen Kerndurchmesser und einen Gewinde-Teilkreisdurchmesser. Ferner beinhaltet die Gewindeaufnahme in einigen Fällen eine Gewindeinnenfläche, die einen Gang, eine Ganghöhe, einen Außendurchmesser, einen Kerndurchmesser und einen Gewinde-Teilkreisdurchmesser bestimmt.
Diese und andere Ausführungsformen sind in der folgenden detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Werkzeugs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
2A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
2B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
3 veranschaulicht eine hierin beschriebene Gewindekonfiguration.
4A veranschaulicht einen Abschnitt einer Gewindekonfiguration eines hierin beschriebenen Fräskopfs.
4B veranschaulicht einen Abschnitt einer Gewindekonfiguration eines hierin beschriebenen Fräskopfs.
4C veranschaulicht einen Abschnitt einer Gewindekonfiguration eines hierin beschriebenen Fräskopfs.
5 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer hierin beschriebenen bekannten Gewindekonfiguration.
6 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Gewindekonfiguration gemäß einer Ausführungsform eines hierin beschriebenen Fräskopfs.
7 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
8A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines hierin beschriebenen bekannten Fräskopfs.
8B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin beschriebene Ausführungsformen werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und Zeichnungen leichter verständlich. Hierin beschriebene Elemente, Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die in der ausführlichen Beschreibung und in Zeichnungen vorgestellt werden. Es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen sind Fachleuten ohne Weiteres offensichtlich, ohne vom Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
In einem Aspekt sind hier Fräsköpfe beschrieben, die in einigen Ausführungsformen eine verbesserte Haltbarkeit, Modularität und Drehmomentleistungen demonstrieren. Ferner können hierin beschriebene Fräsköpfe Konfigurationen bieten, die ein höheres Verhältnis von Gewindekerndurchmesser zu Kopfdurchmesser ermöglichen. Einige bekannte Fräskopfkopplungsabschnitte, die nur ein Startgewinde umfassen, erfordern ein relativ kleines Verhältnis von Kerndurchmesser zu Kopfdurchmesser. Größere Verhältnisse von Gewindekern zu Kopfdurchmesser führen in der Regel zu einer verbesserten Werkzeugfestigkeit und -leistung. Wenn eine zunehmende Anzahl von Startgewinden verwendet werden, können größere Gewindekerndurchmesser relativ zu dem Kopfdurchmesser verwendet werden, was zu einem höheren Verhältnis von Gewindekern zu Kopfdurchmesser führt, wodurch erhöhte Festigkeit und Leistung in einem Fräskopf, insbesondere im Hinblick auf den Kopplungsabschnitt, erzielt wird. In einigen Ausführungsformen umfassen hier beschriebene Fräsköpfe einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einen länglichen Kopplungsabschnitt, der von dem Schneidende beabstandet ist. Kopplungsabschnitte der hierin beschriebenen Fräsköpfe umfassen einen Kern und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind. Startgewinde von Kupplungsabschnitten können quadratische, dreieckige oder trapezförmige Gewindeprofilformen umfassen. Die Kopplungsabschnitte umfassen mindestens zwei Startgewinde oder mindestens drei Startgewinde. In einer Ausführungsformen umfassen Kopplungsabschnitte vier oder fünf Startgewinde.
Um nun auf bestimmte Komponente einzugehen, umfassen hier beschriebene Fräsköpfe einen länglichen Körperabschnitt. Längliche Körperabschnitte von Fräsköpfen können beliebige Materialien umfassen oder aus diesen gebildet sein, die mit den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht im Widerspruch stehen. Beispielsweise kann ein länglicher Körperabschnitt umfassen, bestehen aus oder im Wesentlichen bestehen aus Hartmetall, Schnellarbeitsstahl, Keramik, Cermet, Sintercarbid-Hartmetall oder Kombinationen davon. Ein länglicher Körperabschnitt kann ein Schneidende jeglicher Form, Konfiguration oder Gestaltung umfassen, welches mit den Zielen der vorliegenden Offenbarung nicht im Widerspruch steht. Beispielsweise kann das Schneidende eine Spannut und mindestens eines von einer Schneidkante und einem Plattensitz umfassen und in bestimmten Ausführungsformen kann eine Schneidkante verwendet werden, wenn eine einheitliche Schneideenden-Konfiguration für bestimmte Schneidvorgänge wünschenswert ist. In einigen Ausführungsformen kann zumindest ein Plattensitz eingesetzt werden, wenn die Verwendung von austauschbaren Platten wünschenswert ist. Ein „Plattensitz“ ist ein Bereich auf einem Schneidende eines Werkzeugs, der konfiguriert ist, eine abnehmbare Schneidspitze aufzunehmen und/oder zu sichern. Es kann jegliche Plattensitz-Konfiguration verwendet werden, die nicht im Widerspruch mit den Zielen der vorliegenden Offenbarung steht. Plattensitze der hierin beschriebenen Fräsköpfe können konfiguriert sein, jegliche Schneid-, Fräs- oder Drehplatten aufzunehmen. Zum Beispiel können Plattensitze konfiguriert sein, Wendeschneidplatten oder fräsplatten aufzunehmen und/ oder zu sichern. In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von in einer einzigen Nut angeordneten Plattensitze eine Schneidkante bilden, die eine Vielzahl von Schneid-, Fräs- oder Drehplatten umfasst. In anderen Ausführungsformen kann ein einzelner Plattensitz in jedem von einer Vielzahl von Nuten in einem Fräskopf angeordnet sein. Weiterhin kann in einigen Ausführungsformen eine Kombination von mindestens einer Schneidkante und mindestens einem Plattensitz verwendet werden. Plattensitze können konfiguriert, über permanente oder abnehmbare mechanische Konfigurationen mit Platten gekoppelt zu werden.
Längliche Körperabschnitte von Fräsköpfen umfassen ferner einen Kopplungsabschnitt, der von dem Schneidende beabstandet ist. Der Kopplungsabschnitt umfasst einen Kern und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind. Ein Kern eines Kopplungsabschnitts des Fräskopfs ist eine zentrale Komponente oder ein zentraler Bereich eines Kopplungsabschnitts, an dem Gewinde angeordnet sein können. Der Kern erstreckt sich axial weg von dem Schneidende des länglichen Körperabschnitts des Fräskopfs entlang der Drehachse. Mindestens zwei spiralförmig verlaufende Startgewinde sind in Umfangsrichtung um den Kern herum angeordnet. Ferner umfassen in einigen Ausführungsformen Kopplungsabschnitte von hier beschriebenen Fräsköpfen mindestens drei Startgewinde, einschließlich vier oder fünf Startgewinde. Kerne von Kopplungsabschnitten der hier beschriebenen Fräsköpfe können jegliche Querschnittsform aufweisen, die mit den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht im Widerspruch steht. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen ein Querschnitt des Kerns entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Kerns im Wesentlichen kreisförmig. In einigen Ausführungsformen ist ein Querschnitt des Kerns nicht kreisförmig. Beispielsweise kann ein Querschnitt des Kerns elliptisch sein oder eine unregelmäßige abgerundete Form umfassen.
Kopplungsabschnitte von Fräsköpfen mit vielfachen Startgewinden können jegliche Start-Indizes aufweisen, die mit den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht im Widerspruch steht. „Start-Index“ bezieht sich auf die Ausgangsposition für die einzelnen Startgewinde auf einem Werkzeug. In einigen Ausführungsformen sind die Start-Indizes voneinander um im Wesentlichen gleiche Abstände oder radiale Positionen/Umfangspositionen um den Kern beabstandet. Beispielsweise kann in Ausführungsformen mit drei Startgewinden, jedes Startgewinde 120° voneinander in Umfangsrichtung um den Kopplungsabschnitt indexiert sein. Alternativ sind die Start-Indizes in ungleichen Abständen oder radialen Positionen voneinander beabstandet.
Jedes Startgewinde eines Kopplungsabschnitts kann einen Gang, eine Ganghöhe, einen Außendurchmesser, einen Kerndurchmesser und einen Gewinde-Teilkreisdurchmesser bestimmen. Der „Gang“ eines Startgewindes ist der Abstand von einer Gewindespitze zur nächsten Spitze in einer axialen Richtung parallel zur Drehachse. Im Fall eines Gewindewerkzeug, das ein Gewinde mit einem einzigen Startgewinde umfasst, entsprechen beide Spitzen demselben Gewinde. Im Fall eines Gewindewerkzeug, das mehr als ein Startgewinde umfasst, entsprechen die beiden einen Gang bildende Spitzen verschiedenen Gewinden. Die „Ganghöhe“ eines Startgewindes ist der axiale Abstand entlang dem Gewindeabschnitt eines Werkzeugs, das durch eine vollständige Umdrehung des Startgewindes um den Umfang des Werkzeugs abgedeckt wird. Im Fall eines Gewindewerkzeug, das ein Gewinde mit einem einzigen Startgewinde umfasst, sind der Gang und die Ganghöhe identisch. Im Fall eines Gewindewerkzeug, das ein Gewinde mit zwei oder mehr Startgewinden umfasst, ist die Ganghöhe größer als der Gang. Ein „Außendurchmesser“ eines Startgewindes ist der größere von den zwei extremen Durchmessern, welche die Höhe eines Gewindeprofils in Querschnittsansicht abgrenzt. Im Gegensatz dazu ist ein „Kerndurchmesser“ eines Startgewindes der kleinste extreme Durchmesser des Gewindes. Anders ausgedrückt entspricht der Kerndurchmesser eines Startgewindes der Umfangsfläche des Kerns eines Kopplungsabschnitts eines hierin beschriebenen Schneidwerkzeugs. Der „Gewinde-Teilkreisdurchmesser“ eines bestimmten Gewindes ist der Durchmesser, der die Höhe eines Gewindeprofils dort schneidet, wo die Breite des Gewindegrats gleich der Breite der Gewindenut ist.
Die Abmessungen, Ausrichtungen und Konfigurationen des Gangs, der Ganghöhe, des Außendurchmessers, des Kerndurchmessers und des Gewinde-Teilkreisdurchmessers von Kopplungsabschnitten von hier beschriebenen Schneidewerkzeugen können jede Form annehmen, die nicht im Widerspruch mit den Zielen der vorliegenden Offenbarung steht. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der Kerndurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt konstant bleiben. In einigen Ausführungsformen nimmt der Kerndurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt ab. In ähnlicher Weise kann in einigen Ausführungsformen der Außendurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt konstant bleiben. In bestimmten Ausführungsformen nimmt der Außendurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt ab. Ferner kann in einigen Ausführungsformen der Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt konstant bleiben. In einigen Ausführungsformen nimmt der Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt ab. In einigen Fällen nehmen zwei oder mehr von Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Gewinde-Teilkreisdurchmesser in axialer Richtung entfernt von dem Schneidabschnitt ab und bilden eine Verjüngung, und solch ein sich verjüngender Kopplungsabschnitt kann eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Form bilden.
Querschnitte von Kopplungsabschnitten der hier beschriebenen Fräsköpfe können jede Form annehmen, die mit den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht im Widerspruch steht. Beispielsweise kann ein Querschnitt entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Kopplungsabschnitts im Wesentlichen kreisförmig. In bestimmten anderen Ausführungsformen ist ein Querschnitt des Kopplungsabschnitts nicht kreisförmig, sondern beispielsweise elliptisch oder hat eine unregelmäßig gerundete Form. Darüber hinaus kann die Ganghöhe ein Vielfaches des Gangs sein, wobei das Vielfache gleich der Anzahl von Startgewinden ist, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind. Zum Beispiel umfasst in einigen Ausführungsformen ein hier beschriebener Kopplungsabschnitt mit zwei Startgewinden eine Ganghöhe, die das Doppelte des Gangs ist.
Ferner können hier beschriebene Startgewinde können jegliche Querschnittsform oder Konfiguration aufweisen, die mit den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht im Widerspruch steht. Zum Beispiel können Startgewinde Gewindeprofile mit quadratischen, dreieckigen oder trapezförmigen Formen aufweisen. Quadratische Gewinde-Querschnittsformen umfassen einen abgeflachten Abschnitt, der an einem radial äußeren Abschnitt des Kerns im Wesentlichen parallel ist. Quadratische Gewinde-Querschnittsformen umfassen ferner Seiten, die im Wesentlichen rechtwinklig zu dem abgeflachten Abschnitt sind. Rechteckige Gewinde-Querschnittsformen können gleichschenklige, gleichseitige und/oder ungleichschenklige dreieckige Formen umfassen. In einigen Ausführungsformen werden trapezförmige Gewindeformen gebildet, die eine Grundform aufweisen, die einer dreieckigen Gewindeprofilform entspricht, die aber abgeschnitten ist. Wo sich ein dreieckiges Gewindeprofil in einer scharfen „V“-Form erstreckt, umfassen trapezförmige Gewindeprofile einen abgeflachten Bereich, der im Wesentlichen parallel zu einer radialen Außenfläche des Kerns ist. In Ausführungsformen mit trapezförmigen Gewindeprofilen bildet der abgeflachte Abschnitt den Außendurchmesser des Gewindeprofils. In einigen Fällen ist der Außendurchmesser des Gewindes gleich dem Gewinde-Teilkreisdurchmesser. In anderen Fällen ist der Außendurchmesser des Gewindes größer als der Gewinde-Teilkreisdurchmesser.
Es kann jede Kombination der vorstehenden Materialien, Formen und Gewindeprofilen verwendet werden, die nicht im Widerspruch mit den Zielen der vorliegenden Erfindung steht. Zum Beispiel umfasst in einigen Ausführungsformen ein Kopplungsabschnitt eines Fräskopfs einen Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Gewinde-Teilkreisdurchmesser, der sich in einer axialen Richtung entfernt von dem Schneidabschnitt verringert, wobei der Kopplungsabschnitt eine kegelstumpfförmige Form bildet. Solche Ausführungsformen können ferner ein trapezförmige Gewindeprofilform umfassen, wobei der abgeflachte oder abgestumpfte Abschnitt des Gewindeprofils einen Außendurchmesser bereitstellt, der größer als der Gewinde-Teilkreisdurchmesser ist, und wobei der abgeflachte Abschnitt im Wesentlichen parallel zu einer äußeren Oberfläche des Kerns ist.
In einem anderen Aspekt werden hier Werkzeuge beschrieben, die nicht nur Schneid-, Fräs- oder Schleiffunktionen bereitstellen, sondern auch eine ausgewogene Verteilung der Belastungen bieten, die auf einen Halter des Werkzeugs und/oder Kopf des Werkzeugs während der Schneidvorgänge ausgeübt wird, wodurch die Gebrauchstauglichkeit und die Haltbarkeit des Werkzeug bei Vorgängen mit hohen Drehmomenten verbessert wird und wünschenswerte Modularität geboten wird. Ein hier beschriebenes Werkzeug umfasst einen Halter, der eine Gewindeaufnahme und einen modularen Fräskopf, der in die Gewindeaufnahme eingeschraubt werden kann, um diese direkt aneinander zu koppeln, bestimmt. Der modulare Fräskopf umfasst einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einen länglichen Kopplungsabschnitt, der von dem Schneidende beabstandet ist. Der Kopplungsabschnitt des länglichen Körperabschnitts umfasst einen Kern und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind.
Um nun auf bestimmte Komponente einzugehen, umfassen hier beschriebene Werkzeuge eine Gewindeaufnahme. Eine Gewindeaufnahme beinhaltet eine Gewindeinnenfläche, die einen Gang, eine Ganghöhe, einen Außendurchmesser, einen Kerndurchmesser und einen Gewinde-Teilkreisdurchmesser bestimmt. Da Gewindeaufnahmen mit Innengewinde versehen sind, entspricht ein Kerndurchmesser einer Spitze auf einem Startgewinde und ein Außendurchmesser entspricht einem Gewindekern. Es können jegliche Dimensionen, Orientierungen oder Konfigurationen verwendet werden, die nicht im Widerspruch mit den Zielen der vorliegenden Offenbarung stehen. Beispielsweise können ein oder mehrere eines Außendurchmessers, Kerndurchmessers und Gewinde-Teilkreisdurchmessers in einer axialen Richtung entfernt von einer Öffnung in dem Halter konstant bleiben, wobei die Öffnung konfiguriert ist, den Fräskopf aufzunehmen. In einigen Fällen können ein oder mehrere eines Außendurchmessers, Kerndurchmessers und Gewinde-Teilkreisdurchmessers in einer axialen Richtung entfernt von der Öffnung abnehmen. Ferner können ein oder mehrere eines Außendurchmessers, Kerndurchmessers und Gewinde-Teilkreisdurchmessers kann in einer axialen Richtung entfernt von der Öffnung abnehmen und eine Verjüngung in der Gewindeaufnahme bilden.
Hier beschriebene Werkzeuge ferner umfassen einen modularen Fräskopf, der in die Gewindeaufnahme eingeschraubt werden kann. Der modulare Fräskopf umfasst einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einen länglichen Kopplungsabschnitt, der von dem Schneidende beabstandet ist. Der Kopplungsabschnitt umfasst einen Kern und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind. Jeder Fräskopf, der mit dem Vorstehenden vereinbar ist, kann verwendet werden. Beispielsweise umfassen in einigen Ausführungsformen Kopplungsabschnitte von hier beschriebenen Fräsköpfen mindestens zwei Startgewinde, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen umfassen Kopplungsabschnitte von hier beschriebenen Fräsköpfen mindestens drei Startgewinde, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind. Gewindeprofile von Kopplungsabschnitten können jegliche Querschnittsform bilden, die mit den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht im Widerspruch steht. Zum Beispiel können Gewindeprofile quadratische, dreieckige oder trapezförmige Formen umfassen.
Halter und Fräsköpfe können mit Abmessungen, Parametern oder Orientierungen konfiguriert oder gebildet werden, die einander entsprechen. Zusätzlich können Halter und Fräsköpfe konfiguriert werden, direkt ohne zusätzliche Komponenten oder Strukturen miteinander gekoppelt zu werden. Zum Beispiel kann die Gewindeinnenfläche eine Anzahl von Startgewinden umfassen, die der Anzahl von Startgewinden entspricht, die auf dem Kopplungsabschnitt der modularen Fräsers angeordnet sind. In einigen Fällen umfasst die Gewindeinnenfläche zumindest zwei Startgewinde. In einigen Fällen umfasst die Gewindeinnenfläche zumindest drei Startgewinde. Ferner ist die Ganghöhe der Gewindeaufnahme in einigen Ausführungsformen gleich der Ganghöhe des Kopplungsabschnitts eines hier beschriebenen Werkzeugs. Alternativ ist die Ganghöhe der Gewindeaufnahme ungleich der Ganghöhe des Kopplungsabschnitts. Eine oder mehrere Abmessungen der Gewindeprofile von Fräskopf-Kopplungsabschnitten und Halter-Kopplungsabschnitten können konfiguriert werden, aufeinander abgestimmt zu sein. In einigen Fällen können die Fräskopf-Startgewinde und die Aufnahme-Startgewinde Gewinde mit passenden Außendurchmessern, Kerndurchmessern und/oder Gewinde-Teilkreisdurchmessern aufweisen. Abhängigkeit von den Gewindeprofil-Formen und passenden Außen-, Kern- und/oder Gewinde-Teilkreisdurchmessern sind verschiedene Kontaktflächen möglich im Zusammenwirken eines Fräskopf-Startgewindes und einer Gewindeaufnahme. Wenn beispielsweise trapezförmige Gewindeprofile sowohl in einem Fräskopf-Kopplungsabschnitt und einem Halter-Kopplungsabschnitt mit passenden Kerndurchmessern verwendet werden, dann wird eine Kontaktfläche entlang der Außendurchmesser jedes Gewindes an einem Kopplungsabschnitt gebildet, der in Kontakt mit dem Außendurchmesser der Startgewinde in der Gewindeaufnahme steht. In Ausführungsformen mit passenden Gewinde-Teilkreisdurchmessern wird eine Kontaktfläche entlang der Gewindeseiten gebildet anstatt an den Außen- und Kerndurchmessern der Startgewinde. In einigen Fällen werden Kontaktflächen entlang des Außendurchmessers, Kerndurchmessers und der Seiten der Startgewinde gebildet.
Ferner können Konfigurationen von Haltern und Fräsköpfen konfiguriert werden, um wünschenswerte Passeigenschaften zu bieten. Beispielsweise können Kopplungsabschnitte von Fräsköpfen einen Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Gewinde-Teilkreisdurchmesser bieten, der größer ist als ein Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Gewinde-Teilkreisdurchmesser eines entsprechenden Halters. In solchen Ausführungsformen erzielt eine direkte Kopplung des Fräskopfs und des Halters eine elastische Verformung des Halters, wodurch eine Presspassung bereitgestellt wird. Ferner kann in einigen Ausführungsformen ein Fräskopf-Kopplungsabschnitt eine Verjüngung aufweisen, die größer ist als die Verjüngung des Halter-Kopplungsabschnitts.
Einige Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Darstellungen näher beschrieben. Wie von einem Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist, sind die verschiedenen in den gezeigten Darstellungen Elemente und/oder Komponenten nur repräsentativ und sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet. 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Werkzeugs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Das Werkzeug 100 in 1 umfasst einen Halter 300, der eine Gewindeaufnahme 310 und einen modularen Fräskopf 200, der in die Gewindeaufnahme 310 eingeschraubt werden kann, bestimmt. Der modulare Fräskopf 200 umfasst einen länglichen Körperabschnitt 201 mit einem Schneidende 210 und einen länglichen Kopplungsabschnitt 220, der von dem Schneidende 210 beabstandet ist. Der Kopplungsabschnitt 220 umfasst einen Kern 221 und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden 222, die in Umfangsrichtung um den Kern 221 angeordnet sind.
2A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Die Ausführungsform von 2A veranschaulicht einen Fräskopf 200, der einen länglichen Körperabschnitt 201 mit einem Schneidende 210 und einen länglichen Kopplungsabschnitt 220, der von dem Schneidende 210 beabstandet ist. Das Schneidende 210 weist mindestens eine Nut 211 und mindestens eine Schneidkante 212 auf. Der Kopplungsabschnitt 220 umfasst einen Kern 221 und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden 222, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind.
2B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Die Ausführungsform von 2B veranschaulicht einen Fräskopf 200, der einen länglichen Körperabschnitt 201 mit einem Schneidende 210 und einen länglichen Kopplungsabschnitt 220, der von dem Schneidende 210 beabstandet ist. Das Schneidende 210 weist mindestens eine Nut 213 und mindestens einen Plattensitz 214 auf. Der Kopplungsabschnitt 220 umfasst einen Kern 221 und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden 222, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind.
3 veranschaulicht eine hierin beschriebene Gewindekonfiguration. 3 veranschaulicht einen Kerndurchmesser (d₁), einen Außendurchmesser (d) und einen Gewinde-Teilkreisdurchmesser (d₂) einer Gewindekonfiguration.
4A veranschaulicht eine Gewindekonfiguration eines hierin beschriebenen Fräskopfs, der ein einziges Startgewinde umfasst. 4B veranschaulicht eine Gewindekonfiguration eines hierin beschriebenen Fräskopfs, der zwei Startgewinde umfasst. 4C veranschaulicht eine Gewindekonfiguration eines hierin beschriebenen Fräskopfs, der drei Startgewinde umfasst. Zusammen genommen veranschaulichen 4A, 4B und 4C verschiedene Stufen eines Kopplungsabschnitts einer Ausführungsform eines hierin beschriebenen Fräskopfs in einem nicht einschränkenden Beispiel eines Verfahrens zur Bildung von mehreren Startgewinden. Während andere Verfahren oder Prozesse verwendet werden können, um den hier beschriebenen Fräskopf zu bilden, veranschaulicht das Verfahren in 4A, 4B und 4C die Positionierung mehrerer Startgewinde relativ zueinander in einer Ausführungsform eines hierin beschriebenen Fräskopfs.
5 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer hierin beschriebenen bekannten Gewindekonfiguration. Wie in 5 veranschaulicht, wird während eines Schneidvorgangs Kraft entlang einer Ebene angewandt, wobei die Richtung der angewandten Kraft von dem Pfeil F_a angezeigt wird. Wie in 5 veranschaulicht, wird die Kraft nicht symmetrisch innerhalb des Kopplungsabschnitt angewandt, was zu einer unsymmetrischen Belastungsverteilung entlang der Drehachse des Fräskopfs sowie in über 90-Grad-Querschnitte führt.
6 veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer Gewindekonfiguration gemäß einer Ausführungsform eines hierin beschriebenen Fräskopfs. Die Ausführungsform der 6 umfasst zwei Startgewinde, die einen Gang und eine Ganghöhe bilden. In der Ausführungsform der 6 ist die Ganghöhe das Doppelte der Länge des Gangs. In 6 wird ebenso die Kraft veranschaulicht, die während eines Schneidvorgangs angewandt wird, angedeutet durch die Pfeile F₁ und F₂. F₁ und F₂ demonstrieren Kraft, angewandt entlang einer Querschnittsebene, die symmetrisch ist, was eine ausgeglichene Belastungsverteilung entlang der Drehachse des Fräskopfs zur Folge hat.
7 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Das Ausführungsbeispiel der 7 umfasst drei Startgewinde mit identischen Start-Indizes um den Umfang des Kopplungsabschnitts.
8A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines hierin beschriebenen bekannten Fräskopfs. 8B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie in den 8A und 8B gezeigt ist, hat das Erhöhen der Anzahl von Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kopplungsabschnitt angeordnet sind, in einigen Ausführungsformen eine zunehmend symmetrische Querschnittsform zur Folge. In einigen Ausführungsformen wird die Querschnittsform mit einer zunehmenden Anzahl von Startgewinden mehr kreisförmig. 8B veranschaulicht einen Querschnitt einer Ausführungsform eines hierin beschriebenen Fräskopfs, der drei Startgewinde umfasst.
9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Fräskopfs gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen einem Kerndurchmesser und einem Kopfdurchmesser.
Beispiel 1
Fräskopf
Zwei Fräsköpfe wurden elektronisch modelliert und eine Ausgleichsanalyse wurde für beide Fräsköpfe durchgeführt. Beide Fräskopf-Modelle wurden mit einem Kopfdurchmesser von 16 mm modelliert, der keine Schneidgeometrie umfasste. Modell A wurde als Vergleichsbeispiel für bekannte Kopplungsabschnitt-Konfigurationen vorbereitet und umfasste eine Kopplungskonfiguration mit einem Startgewinde. Modell B wurde gemäß einer Ausführungsform von hierin beschriebenen Fräsköpfen vorbereitet und umfasste zwei Startgewinde in dem Kopplungsabschnitt. Beide Modelle wurden unter Betriebsbedingungen von 30.000,0 U/min in einem leeren Material mit einer Dichte von 14,5 g/cm³ simuliert. Modell A umfasste ein Gesamtwerkzeuggewicht von 98,112 g, zeigte eine Winkelverschiebung bei der Analyse von –115,112 °, eine radiale Verschiebung von 0,005 mm und ergab eine unausgeglichene Kraft von 127,13 N (12.964 g). Modell B umfasste ein Gesamtwerkzeuggewicht von 103,612 g, zeigte eine Winkelverschiebung bei der Analyse von –108,234 °, eine radiale Verschiebung von 0,0 mm und ergab eine unausgeglichene Kraft von 2,0E–5 N (0,002 g).
Modell B zeigt, dass mehrere Startgewinde in Fräskopf-Kopplungen verbesserte Eigenschaften in Kraft- und Belastungsverteilung bieten können. Ferner zeigen die Ergebnisse der Ausgleichsanalyse, dass Kopplungsabschnitte, die eine Vielzahl von Startgewinden umfassen, für Anwendungen mit hohen Drehzahlen geeignet sein können.
Viele Modifikationen und andere Beispiele der hier dargelegten Offenbarung, die Nutzen ziehen aus der Lehre, die in den vorangegangenen Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen dargestellt wurde, werden einem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Offenlegung bezieht, ersichtlich sein. Daher versteht sich, dass die Offenbarung nicht auf die besonderen offenbarten Ausführungen beschränkt ist und dass Modifikationen und andere Ausführungen in dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sein sollen. Darüber hinaus, obwohl die vorangehenden Beschreibungen und die zugehörigen Zeichnungen Beispielausführungen im Zusammenhang mit bestimmten veranschaulichenden Kombinationen von Elementen und/oder Funktionen beschreiben, versteht sich, dass verschiedene Kombinationen von Elementen und/oder Funktionen von alternativen Ausführungen vorgesehen sein können, ohne von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Fräskopf, umfassend: einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einen länglichen Kopplungsabschnitt, der von dem Schneidende beabstandet ist; und der Kopplungsabschnitt umfassend: einen Kern; und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind, wobei mindestens ein Startgewinde eine Gewindeform mit trapezförmigem Querschnitt umfasst.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei der Kopplungsabschnitt zumindest zwei Startgewinde umfasst.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei der Kopplungsabschnitt zumindest drei Startgewinde umfasst.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei alle Start-Indizes voneinander um im Wesentlichen gleiche Abstände oder radiale Positionen/Umfangspositionen um den Kern beabstandet sind.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei alle Start-Indizes voneinander um ungleiche Abstände oder radiale Positionen/Umfangspositionen um den Kern beabstandet sind.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei das Schneidende eine Spannut und mit mindestens eines von einer Schneidkante und einem Plattensitz umfasst; und wobei jedes Startgewinde einen Gang, eine Ganghöhe, einen Außendurchmesser, einen Kerndurchmesser und einen Gewinde-Teilkreisdurchmesser bestimmt.
Fräskopf nach Anspruch 6, wobei der Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt konstant bleiben.
Fräskopf nach Anspruch 6, wobei mindestens einer der Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt abnimmt.
Fräskopf nach Anspruch 6, wobei mindestens zwei der Außendurchmesser, Kerndurchmesser und Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt abnehmen und eine Verjüngung bilden.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt des Kopplungsabschnitts entlang einer Ebene senkrecht zu einer Drehachse im Wesentlichen kreisförmig ist.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt des Kopplungsabschnitts entlang einer Ebene senkrecht zu einer Drehachse nicht kreisförmig ist.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt des Kerns entlang einer Ebene senkrecht zu einer Drehachse nicht kreisförmig ist.
Fräskopf nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt des Kerns entlang einer Ebene senkrecht zu einer Drehachse im Wesentlichen kreisförmig ist.
Werkzeug, umfassend: einen Halter, der eine Gewindeaufnahme und eine Öffnung bestimmt, die konfiguriert sind, einen modularen Fräskopf aufzunehmen; und einen modularen Fräskopf, der in die Gewindeaufnahme eingeschraubt werden kann, wobei der modulare Fräskopf umfasst: einen länglichen Körperabschnitt mit einem Schneidende und einen länglichen Kopplungsabschnitt, der von dem Schneidende beabstandet ist; und der Kopplungsabschnitt umfassend: einen Kern; und eine Vielzahl von allgemein schraubenförmig verlaufenden Startgewinden, die in Umfangsrichtung um den Kern angeordnet sind, wobei der Halter und der Fräskopf konfiguriert sind, direkt miteinander gekoppelt zu werden.
Werkzeug nach Anspruch 14, wobei der modulare Fräskopf ferner ein Schneidende umfasst, das eine Spannut und mindestens eines von einer Schneidkante und einem Plattensitz beinhaltet; und wobei jedes Startgewinde einen ersten Gang, eine erste Ganghöhe, einen ersten Außendurchmesser, einen ersten Kerndurchmesser und einen ersten Gewinde-Teilkreisdurchmesser bestimmt; und wobei die Gewindeaufnahme eine Gewindeinnenfläche beinhaltet, die einen zweiten Gang, eine zweite Ganghöhe, einen zweiten Außendurchmesser, einen zweiten Kerndurchmesser und einen zweiten Gewinde-Teilkreisdurchmesser bestimmt.
Werkzeug nach Anspruch 15, wobei die Gewindeinnenfläche eine Anzahl von Startgewinden umfasst, die der Anzahl von Startgewinden entspricht, die auf dem Kopplungsabschnitt der modularen Fräsers angeordnet sind.
Werkzeug nach Anspruch 15, wobei der erste Außendurchmesser, der erste Kerndurchmesser und der erste Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt konstant bleiben und wobei der zweite Außendurchmesser, der zweite Kerndurchmesser und der zweite Gewinde-Teilkreisdurchmesser des zumindest einen Startgewindes in einer axialen Richtung von der Öffnung entfernt konstant bleiben.
Werkzeug nach Anspruch 15, wobei mindestens zwei der ersten Außendurchmesser, der ersten Kerndurchmesser und der ersten Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von dem Schneidende entfernt abnehmen und eine erste Verjüngung bilden.
Werkzeug nach Anspruch 18, wobei mindestens zwei der zweiten Außendurchmesser, der zweiten Kerndurchmesser und der zweiten Gewinde-Teilkreisdurchmesser von mindestens einem Startgewinde in einer axialen Richtung von der Öffnung entfernt abnehmen und eine zweite Verjüngung bilden.
Werkzeug nach Anspruch 19, wobei die erste Verjüngung größer als der zweite Verjüngung ist, wodurch eine Presspassung bereitgestellt wird, wenn der Kopplungsabschnitt und die Gewindeaufnahme gekoppelt werden.
Werkzeug nach Anspruch 16, wobei mindestens ein Startgewinde auf dem Fräskopf und mindestens ein Startgewinde auf dem Werkzeug eine trapezförmige Querschnittsform aufweisen.
Werkzeug nach Anspruch 21, wobei der erste Außendurchmesser und der zweite Außendurchmessers mit einander in Kontakt stehen, wenn der Fräskopf und der Halter gekoppelt sind.