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Die vorliegende Erfindung betrifft Miniaturfräser zum Fräsen von Gewinden, aufweisend einen zu einer Rotationsachse des Miniaturfräsers koaxial angeordneten zylindrischen Spannbereich zum Einspannen in eine Werkzeugmaschine und einen zu der Rotationsachse koaxial angeordneten zylindrischen Schneidbereich zum Tragen von Schneidzähnen, wobei ein Durchmesser des Spannbereiches größer als ein Durchmesser des Schneidbereiches ist.
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Fräser zum Fräsen von Gewinden sind im Allgemeinen bekannt. Die Reduzierung des Durchmessers des Spannbereiches auf den Durchmesser des Schneidbereiches erfolgt in der Regel sprunghaft. Eine an den Spannbereich und Schneidbereich angepasste Funktion der Kontur des Fräsers in Abhängigkeit von einer zu der Rotationsachse axialen Position ist an einer Reduzierungsstelle auf Grund des sprunghaften Überganges nicht stetig. Im mathematischen Sinn ist die Funktion an dieser Reduzierungsstelle unstetig. Insbesondere sind die Grenzwerte der Funktion seitens des Spannbereiches und seitens des Schneidbereiches und der Funktionswert an der Reduzierungsstelle verschieden. Bei Fräsern mit einer gängigen Dimensionierung birgt ein sprunghafter Übergang von dem Spannbereich auf den Schneidbereich keinerlei Probleme. Durch den sprunghaften Übergang kann sogar Material für die Herstellung des Fräsers eingespart.
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Miniaturfräsern hingegen mangelt es oftmals an Stabilität. Ausreichende Stabilität ist jedoch zwingend erforderlich, um an dem Spannbereich angreifende Antriebskräfte, regelmäßig Torsionskräfte, auf den Schneidbereich übertragen zu können, ohne dabei den Miniaturfräser zu zerstören. Weiterhin muss der Miniaturfräser Biegekräften standhalten, die von einem Vorschub des Miniaturfräsers relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück herrühren. Der hinsichtlich der Stabilität kritischste Bereich des Miniaturfräsers ist die Reduzierungsstelle. Hier treten Materialbrüche bevorzugt auf.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Miniaturfräser der eingangs genannten Art anzugeben, der sich durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Stabilität auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Miniaturfräser der eingangs genannten Art vor, der einen zu der Rotationsachse koaxial angeordneten und zu der Rotationsachse axial zwischen dem Spannbereich und dem Schneidbereich angeordneten Übergangsbereich zum Angleichen des Durchmessers des Spannbereiches an den Durchmesser des Schneidbereiches aufweist, wobei der Übergangsbereich stetig ausgebildet ist. Ein stetiger Übergansbereich vermeidet eine sprunghafte Reduzierungsstelle und stellt einen kontinuierlichen Übergang von dem Spannbereich auf den Schneidbereich bereit. Hierdurch werden ansonsten auftretende Kraft- und damit Belastungsspitzen wirkungsvoll reduziert und bestenfalls vollständig beseitigt. Mit großem Vorteil ist die Reduzierungsstelle auf einen größeren Bereich erweitert, der mehr Material aufweist und somit die wirkenden Kräfte besser aufnehmen und weitergeben kann. Der stabile stetige Übergangsbereich ersetzt die sollbruchstellenartige Reduzierungsstelle, was zu einer deutlichen Verbesserung der Stabilität des Miniaturfräsers führt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Übergangsbereich konisch ausgebildet ist. Ein konischer, konusförmiger oder auch kegelstumpfförmiger Übergangsbereich ist die geometrisch einfachste Form eines stetigen Überganges zwischen zwei Zylindern mit unterschiedlichen Durchmessern, nämlich zwischen dem Spannbereich und dem Schneidbereich. Der konische Übergangsbereich ist bestens geeignet, die oben dargelegten Anforderungen an die Stabilität zu erfüllen. Gleichzeitig ist er prozesstechnisch einfach herzustellen, was die Herstellungskosten für den erfindungsgemäßen Miniaturfräser reduziert.
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Hierzu erweist es sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass der konische Übergangsbereich einen Basiswinkel von 45° bis 65°, insbesondere 55°, aufweist. Basiswinkel in dem genannten Bereich stellen einen optimalen Kompromiss dar, um einen stabilen Übergangsbereich bei akzeptabler baulicher Länge und maximal möglicher Frästiefe des Miniaturfräsers zu erhalten.
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Erfindungsgemäß ist mit großem Vorteil vorgesehen, dass der Übergangsbereich differenzierbar ausgebildet ist. Die Funktion der Kontur des Miniaturfräsers in Abhängigkeit von der zu der Rotationsachse axialen Position weist bei einem differenzierbaren Übergangsbereich nicht nur keine Sprünge, sondern auch keine Knicke auf. Somit wird ein besonders kontinuierlicher, glatter oder abgerundeter Übergang von dem Spannbereich auf den Schneidbereich bereitgestellt, der die oben genannten Vorteile bezüglich der Stabilität über die Maße eines konischen Übergangsbereiches hinaus aufweist. Insbesondere sind die Positionen, an denen der Spannbereich auf den Übergangsbereich und der Übergangsbereich auf den Schneidbereich übergehen, knick- beziehungsweise kantenfrei ausgebildet, sodass eine der Stabilität abträgliche Kerbwirkung an diesen Positionen nicht auftritt.
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Die erfindungsgemäßen Miniaturfräser weisen einen Durchmesser des Spannbereiches von 2,0 mm bis 5,0 mm, insbesondere 3,0 mm, auf. Hierdurch unterscheiden sich die Miniaturfräser von herkömmlichen Fräsern mit einer gängigen Dimensionierung, die in der Regel einen Durchmesser des Spannbereiches von 6 mm und größer vorsieht. Um filigrane Gewinde zu fräsen, ist ein filigraner Fräser von Nöten. Der bevorzugte Durchmesser des Spannbereiches von 3,0 mm erlaubt den Aufbau eines sehr filigranen Fräsers, im Rahmen dieser Erfindung auch Miniaturfräser genannt, mit einer ausgewogenen Massenverteilung, der dennoch in handelsübliche Spannfutter eingespannt werden kann. Somit ist der erfindungsgemäße Miniaturfräser hochgradig kompatibel zu den unterschiedlichen Systemen der verschiedenen Hersteller von Werkzeugmaschinen.
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Es erweist sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass der Durchmesser des Schneidbereiches kleiner als 1,0 mm, insbesondere gleich 0,75 mm, ist. Derartige Durchmesser des Schneidbereiches sind erforderlich, um filigrane Gewinde zu fräsen. Der bevorzugte Durchmesser des Schneidbereiches von 0,75 mm erlaubt den Aufbau eines sehr filigranen Fräsers, der aber noch hinreichend Materialstärke aufweist, um den Anforderungen an die Stabilität des Miniaturfräsers zu genügen.
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Erfindungsgemäß ist mit großem Vorteil vorgesehen, dass der Schneidbereich mindestens einen Satz an Schneidzähnen aufweist, wobei der Satz an Schneidzähnen mindestens drei Schneidzähne aufweist. Das Vorhandensein von mehreren Schneidzähnen, die bestenfalls in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse zueinander äquidistant beabstandet sind, führt zu einer Entlastung jedes einzelnen Schneidzahnes und trägt zu einer gesteigerten Laufruhe des erfindungsgemäßen Miniaturfräsers bei. Bevorzugt weist der Satz an Schneidzähnen drei Schneidzähne auf.
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Darüber hinaus erweist es sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass der Schneidbereich mindestens zwei Sätze an Schneidzähnen aufweist, wobei die Sätze an Schneidzähnen zu der Rotationsachse axial zueinander beabstandet angeordnet sind. Die axiale Beabstandung der Sätze an Schneidzähnen erlaubt mit großem Vorteil ein sektionales Fräsen von Gewinden. Beim sektionalen Fräsen von Gewinden wird von einem Satz an Schneidzähnen lediglich ein zu der Rotationsachse axialer Abschnitt des Gewindes gefräst. Zu diesem Abschnitt benachbarte Abschnitte des Gewindes werden durch zu dem Satz an Schneidzähnen benachbarten Sätzen an Schneidzähnen gefräst. Damit die einzelnen Abschnitt nahtlos ineinander übergehen und ein durchgängiges Gewinde bilden, ist die Länge eines Abschnittes mindestens so lang wie der Abstand zwischen zwei benachbarten Sätzen an Schneidzähnen. Ein derartig ausgestalteter Miniaturfräser ermöglicht ein sehr effizientes Fräsen von filigranen Gewinden in kurzer Zeit und mit einem geringen Vorschub, da das Gewinde an mehreren zu der Rotationsachse axial zueinander beabstandeten Stellen an dem Werkstück simultan gefräst wird. Bevorzugt weist der Miniaturfräser zwei Sätze an Schneidzähnen auf. Allerdings ist erfindungsgemäß ebenso denkbar, dass der Miniaturfräser drei oder vier Sätze an Schneidzähnen aufweist.
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In Weiterbildung der Ausführungsform der Erfindung mit mindestens zwei Sätzen an Schneidzähnen ist mit großem Vorteil vorgesehen, dass die Sätze an Schneidzähnen in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse zueinander versetzt angeordnet sind. Somit sind die Winkelbereiche, in denen sich kein Zahn in Eingriff mit dem Werkstück befindet, minimiert und es findet eine annähernd kontinuierliche Kraftübertragung von dem Miniaturfräser auf das Werkstück und vice versa statt, sodass unerwünschte Schwingungen des Miniaturfräsers auf Grund von temporärem Freilauf oder diskreter Massenverteilung der Schneidzähne vollständig verhindert oder zumindest teilweise vermindert werden. Eine solche versetzte Anordnung trägt daher sowohl bei kleinen als auch großen Rotationsgeschwindigkeiten wesentlich zur Verbesserung der Laufruhe des Miniaturfräsers bei.
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Es erweist sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass der Miniaturfräser einteilig ausgebildet ist. Der Miniaturfräser besteht aus einem einzigen Bauteil und ist nicht aus zwei oder mehreren Bauteilen zusammengesetzt oder zusammengefügt. Auf Grund des einteiligen Aufbaus ist der Miniaturfräser mittels weniger Prozessschritte besonders kostengünstig herstellbar.
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Weiterhin erweist es sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft, dass der Miniaturfräser aus Vollhartmetall besteht. Vollhartmetall ist auf Grund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften bestens geeignet, um einen harten, abriebfesten, biegesteifen, Wärme ableitenden und chemisch resistenten Miniaturfräser herzustellen. Die erfindungsgemäßen Hartmetalle umfassen insbesondere gesinterte Carbidhartmetalle, die Wolframcarbid und Cobalt enthalten.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen sind.
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Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Miniaturfräsers;
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2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Schneidbereiches des erfindungsgemäßen Miniaturfräsers; und
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3 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Miniaturfräsers.
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In 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Miniaturfräsers 1 gezeigt. Der Miniaturfräser 1 dient zum Fräsen von Gewinden und weist einen zu einer Rotationsachse 2 (siehe 3) des Miniaturfräsers 1 koaxial angeordneten zylindrischen Spannbereich 3 zum Einspannen in eine Werkzeugmaschine und einen zu der Rotationsachse 2 koaxial angeordneten zylindrischen Schneidbereich 4 zum Tragen von Schneidzähnen 5 auf. Ein Durchmesser des Spannbereiches 3 ist größer als ein Durchmesser des Schneidbereiches 4, wobei der Durchmesser des Spannbereiches 3 gleich 3,0 mm und der Durchmesser des Schneidbereiches 4 gleich 0,75 mm ist. Der erfindungsgemäße Miniaturfräser 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen zu der Rotationsachse 2 koaxial angeordneten und zu der Rotationsachse 2 axial zwischen dem Spannbereich 3 und dem Schneidbereich 4 angeordneten Übergangsbereich 6 zum Angleichen des Durchmessers des Spannbereiches 3 an den Durchmesser des Schneidbereiches 4 aufweist, wobei der Übergangsbereich 6 differenzierbar ausgebildet ist. Hierzu ist der an sich stetig ausgebildete Übergangsbereich 6 konisch geformt und die zu der Rotationsachse 2 koaxialen ringförmigen Kanten zwischen dem Spannbereich 3 und dem Übergangsbereich 6 und dem Übergangsbereich 6 und dem Schneidbereich 4 sind abgerundet ausgeführt. Der Übergangsbereich 6 weist einen Basiswinkel 7 von 55° auf. Der Schneidbereich 4 weist zwei Sätze an Schneidzähnen 8 auf, wobei jeder der Sätze an Schneidzähnen 8 drei Schneidzähne 5 umfasst. Der Miniaturfräser 1 ist einteilig ausgebildet und besteht aus Vollhartmetall.
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In 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Schneidbereiches 4 des erfindungsgemäßen Miniaturfräsers 1 gezeigt. Der Schneidbereich 4 weist zwei Sätze an Schneidzähnen 8 auf, wobei jeder der Sätze an Schneidzähnen 8 drei Schneidzähne 5 umfasst. Die zwei Sätze an Schneidzähnen 8 sind zu der Rotationsachse 2 (siehe 3) axial zueinander beabstandet angeordnet sind. Der Abstand beträgt 1,75 mm bei einer baulichen Länge des Schneidbereiches 4 von 3,4 mm. Die zwei Sätze an Schneidzähnen 8 in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse 2 zueinander versetzt angeordnet, hier um 60°. Neben dem in 2 nicht dargestellten Spannbereich 3 und Übergangsbereich 6 sind sowohl der Schneidbereich 4 als auch die Schneidzähne 5 einteilig ausgebildet und bestehen aus Vollhartmetall.
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In 3 ist eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Miniaturfräsers 1 gezeigt. Der Miniaturfräser 1 weist einen zu der Rotationsachse 2 koaxial angeordneten und zu der Rotationsachse 2 axial zwischen dem Spannbereich 3 und dem Schneidbereich 4 angeordneten Übergangsbereich 6 zum Angleichen des Durchmessers des Spannbereiches 3 an den Durchmesser des Schneidbereiches 4 auf. Der Übergangsbereich 6 ist differenzierbar ausgebildet, da er im Wesentlichen konisch geformt ist und die zu der Rotationsachse 2 koaxialen ringförmigen Kanten zwischen dem Spannbereich 3 und dem Übergangsbereich 6 und dem Übergangsbereich 6 und dem Schneidbereich 4 leicht abgerundet sind. Der Übergangsbereich 6 weist einen Basiswinkel 7 von 55° auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Miniaturfräser
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Spannbereich
- 4
- Schneidbereich
- 5
- Schneidzahn
- 6
- Übergangsbereich
- 7
- Basiswinkel
- 8
- Satz an Schneidzähnen
