DE202023100349U1

DE202023100349U1 - Vollfräswerkzeug zur rotierenden Materialbearbeitung

Info

Publication number: DE202023100349U1
Application number: DE202023100349.4U
Authority: DE
Original assignee: Fraisa SA
Current assignee: Fraisa SA
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2023-01-25
Publication date: 2023-02-13
Anticipated expiration: 2033-01-26

Abstract

Vollfräswerl<zeug zur rotierenden Materialbearbeitung, umfassend einen länglichen Werkzeugschaft, welcher einen Arbeitsbereich aufweist, in welchem mantelseitig mindestens zwei helikale Hauptschneiden angeordnet sind, wobei entlang jeder der mindestens zwei helikalen Hauptschneiden mehrere Spanteiler angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einer Spanteilertiefe und einem Durchmesser des Werkzeugs kleiner ist als 0.020, insbesondere kleiner als 0.015.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Vollfräswerl<zeug zur rotierenden Materialbearbeitung, umfassend einen länglichen Werkzeugschaft, welcher einen Arbeitsbereich aufweist, in welchem mantelseitig mindestens zwei helikale Hauptschneiden angeordnet sind, wobei entlang jeder der mindestens zwei helikalen Hauptschneiden mehrere Spanteiler angeordnet sind.
Stand der Technik
Fräswerkzeuge wie beispielsweise Schaftfräser weisen üblicherweise mehrere Zähne auf. Diese verlaufen um einen azimutalen Winkel zueinander versetzt jeweils wendelförmig um eine Längsachse des Fräsers. An jedem Zahn ist eine Schneide mit einer Spanfläche ausgebildet, welche das Spangut von der Schneide weg leitet. An jede Spanfläche schliesst sich unter einem Keilwinkel eine Freifläche an. Diese Freiflächen sind also bezüglich der Drehrichtung hinter den Schneiden angeordnet. Sie weisen gegenüber dem Rohlingl<reisumfang, aus dem der Arbeitsbereich des Schaftfräsers herausgearbeitet ist, einen Freiwinkel auf. Das heisst, an den einzelnen Freiflächen sind die Werkzeugschneiden gegenüber dem Rohlingl<reisumfang hinterschliffen, damit während der Fräsdrehung (Rotation) und des Fräsvorschubs (Translation) ein Festsetzen des Fräsers in dem Werkstück vermieden wird. Um ein Festsetzen sicher zu verhindern, muss die Freifläche gegenüber der Rohlingumfangsfläche einen gewissen Mindest-Freiwinkel aufweisen.
Um einen Kostenaufwand bei der Erneuerung eines Fräswerkzeugs zu verringern, sind Fräswerkzeuge und andere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken vorgesehene Werkzeuge häufig mit ein oder mehreren auswechselbaren Schneidplatten bestückt, die eine gewisse begrenzte Standzeit haben und von Zeit zu Zeit vergleichsweise einfach und kostengünstig ausgewechselt werden können. Bei einer rotierenden Materialbearbeitung, bei welcher das Werkzeug rotiert wird und das Werkstück feststeht, kommen schneidplattenbesetzte Werkzeuge daher beispielsweise hauptsächlich beim Schruppen bzw. bei vergleichsweise grober räumender Bearbeitung zur Anwendung, bei welcher keine besondere Präzision erforderlich ist. Für eine Präzisions- bzw. Feinbearbeitung von Werkstücken sind Fräswerkzeuge mit Schneidplatten nicht geeignet. Zudem müssen schneidplattenbesetzte Fräswerkzeuge eine gewisse Mindestgrösse bzw. -durchmesser aufweisen, damit die Schneidplatten aufgenommen bzw. gehalten werden können. Mögliche Durchmesser liegen dabei typischerweise oberhalb von ca. 16 mm. Der Einsatzbereich derartiger Werkzeuge ist damit neben der vergleichsweise geringen Präzision auch durch die Grösse der Werkzeuge eingeschränkt.
Für eine Präzisions- bzw. Feinbearbeitung und aufgrund der höheren Leistungsfähigkeit bei Durchmessern bis etwa 25 mm kommen somit Vollfräswerl<zeuge zur Anwendung, d. h. Fräswerkzeuge, bei welchen die spanabhebenden Schneiden am Werkzeugkörper selbst ausgebildet sind. Vollfräswerl<zeuge können auf allen Grössensl<alen z. B. aus Schnellarbeitsstahl (HSS) sowie aus Hartmetall, Keramik oder Cermet sowie aus sämtlichen weiteren bekannten Materialien für Fräswerkzeuge gefertigt sein. Verschlissene Schneiden an Vollfräsern können durch Nachschleifen für den weiteren Gebrauch aufgearbeitet werden. Ist dies nicht mehr möglich, muss das gesamte Werkzeug entsorgt werden. Eine Verlängerung der Standzeit bzw. eine Verbesserung der Verschleisseigenschaften von Vollfräswerl<zeugen ist daher besonders wünschenswert.
Vollfräswerl<zeuge können unterschiedliche Geometrien aufweisen. Ein Werkzeug, welches sowohl für die Bearbeitung in axialer als auch in radialer Richtung und damit insbesondere auch zur Herstellung von Integralbauteilen geeignet ist, ist der Eckradius-Schaftfräser. Es handelt sich dabei um ein Werkzeug mit einem länglichen Werkzeugschaft, welcher einen Arbeitsbereich aufweist, in welchem Schneiden mit zugehörigen Spanflächen vorhanden sind, wobei jede der Schneiden einen mantelseitigen Hauptschneidenbereich, einen stirnseitigen Nebenschneidenbereich und einen den Hauptschneidenbereich mit dem Nebenschneidenbereich verbindenden Radiusbereich umfasst. Die Geometrie des Eckradius-Schaftfräsers wird so gewählt, dass beim Fräsen sanfte Übergänge im Werkstück erzeugt werden können.
Beim Fräsvorgang bildet das abgetragene Material in jeder Spannut einen Span. Überschreitet dieser eine gewisse Länge, kann er den weiteren Fräsvorgang beeinträchtigen bzw. zu einem erhöhten Verschleiss des Werkzeugs führen. Lange Späne nehmen zudem (zusammen mit der umschlossenen Luft) ein grosses Volumen ein und erschweren die Spanabfuhr aus dem Bearbeitungsraum. Es sind deshalb Fräswerkzeuge bekannt, die entlang der mantelseitigen Hauptschneiden so genannte Spanteiler (oder Spanbrecher) aufweisen. Es handelt sich dabei um Ausnehmungen in der jeweiligen Schneidkante, die dazu führen, dass der Span an der jeweiligen Stelle unterbrochen wird. Entsprechend entstehen keine Späne, die eine gewisse Maximallänge überschreiten.
Letztlich soll die Spanteilung immer mit geringstmöglicher Beeinträchtigung des Bearbeitungsergebnisses erfolgen. Gleichzeitig soll die Lebensdauer des Werkzeugs maximiert werden. Es sind dazu unterschiedlichste Geometrien von Spanteilern bekannt.
So beschreibt die EP 2 398 616 B1 (I<ennametal Inc.) ein rotierendes Schneidwerkzeug mit einer Vielzahl von Spanbrechelementen, die in einem Spanbrechermuster angeordnet sind, das entlang des Schneidebereichs verläuft. Die Spanbrechelemente der einzelnen Klingen sind dabei abstandsgleich voneinander angeordnet. Die Spanbrechermuster der einzelnen Klingen sind dabei axial zueinander versetzt. Die Spanbrechelemente werden durch einen kleinen Radius, einen grossen Radius und einen verbindenden Radius dazwischen gebildet, wobei sich der kleine Radius näher an der Schneidespitze befindet als der grosse Radius. Zudem nimmt die Tiefe jeder Spannut entlang der Längsachse ausgehend von der Schneidespitze ab.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere im Bereich des CAM-gesteuerten hochdynamischen Fräsens (High Dynamic Cutting, HDC), wo grosse Schnitttiefen benötigt werden, noch weiterer Verbesserungsbedarf bei der Spanteilung besteht.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Vollfräswerl<zeug zu schaffen, welches hinsichtlich Spanabfuhr verbesserte Eigenschaften aufweist, insbesondere für Anwendungen im Bereich des hochdynamischen Fräsens.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung ist ein Verhältnis zwischen einer Spanteilertiefe und einem Durchmesser des Werkzeugs kleiner als 0.020, insbesondere kleiner als 0.015.
Bei der Spanteilertiefe handelt es sich dabei um einen maximalen Abstand zwischen der nominalen Schneidkante und dem Spanteiler, gemessen entlang der Spanfläche, in einer Richtung senkrecht zur Schneidkante. Der Werkzeugdurchmesser (d1) wird, wie allgemein üblich, in einer Ebene senkrecht zur Werkzeuglängsachse gemessen.
Es hat sich gezeigt, dass durch die vergleichsweise geringe Spanteilertiefe dennoch eine gute Spanteilung mit geringem Verschleiss der nachfolgenden Schneidkanten erreicht werden kann, insbesondere in HDC-Anwendungen, besonders für die Bearbeitung nichtrostender Stähle und Ni-Basis-Legierungen sowie Titan.
Die Spanteilergeometrie wurde mit Fräswerkzeugen mit einem Durchmesser von 6-26 mm erprobt und mit Schneidenzahlen von 3-8. Der Drallwinkel entsprechender Werkzeuge beträgt bevorzugt 35-65°, insbesondere 45-60°. Spanwinkel von 6-15°, insbesondere 8-12° sind geeignet.
Beim erfindungsgemässen Werkzeug beträgt ein Verhältnis der axialen Ausdehnung der Spanteiler zum Werkzeugdurchmesser insbesondere mindestens 0.03. Es differenziert sich somit von Werkzeugen mit schmalen, eng aufeinanderfolgenden Spanteilern, bei denen nur kurze zusammenhängende Schneidkanten ausgebildet sind und bei denen nur äusserst kurze Spansegmente zugelassen werden.
Bei Werkzeugen mit einem Werkzeugdurchmesser von 20 mm oder weniger beträgt die axiale Ausdehnung der Spanteiler bevorzugt sogar 0.04 des Werkzeugdurchmessers oder mehr.
Die Spanteiler jeder Schneide sind bevorzugt abstandsgleich voneinander angeordnet. So wird sichergestellt, dass dieselbe maximale Spanlänge an allen Schneiden eingehalten wird. Zudem ergibt sich eine gleichmässige Krafteinwirkung auf das Werkzeug.
Mit Vorteil umfasst ein Profil der Spanteiler einen ersten äusseren Radiusabschnitt, einen mittleren Abschnitt und einen zweiten äusseren Radiusabschnitt, wobei der erste äussere Radiusabschnitt direkt in den mittleren Abschnitt und der mittlere Abschnitt direkt in den zweiten äusseren Radiusabschnitt übergehen. Es werden somit, ausgehend von der Schneidkante, in den Spanteiler hinein und wieder zur Schneidkante sanfte Übergänge erreicht. Entsprechend weist auch das Werkstück an der Stelle der Spanteiler zunächst eine Geometrie mit sanften Übergängen zwischen einem vollständig und unvollständig bearbeiteten Bereich auf. Durch Einwirkung der nächsten Schneidkante, die an dieser Stelle keinen Spanteiler aufweist, wird dann der unvollständig bearbeitete Bereich abgetragen, wobei aufgrund der sanften Übergänge die Einwirkung dieses Bereichs auf die Schneidkante reduziert ist.
Mit Vorteil ist der mittlere Abschnitt durch einen mittleren Radiusabschnitt gebildet. Ausgehend von der eigentlichen Schneide besteht der Spanteiler im Profil also aus einem ersten äusseren Radiusabschnitt, der in einem ersten Wendepunkt tangential (d. h. ohne Stufe oder Knick) in den mittleren Radiusabschnitt übergeht. Dieser geht wiederum in einem zweiten Wendepunkt tangential in den zweiten äusseren Radiusabschnitt über, der wiederum an die eigentliche Schneide angrenzt. Die Übergänge zwischen den äusseren Radiusabschnitten und der Schneide erfolgen wiederum tangential. So kann insgesamt die Einwirkung der aufgrund der Spanteiler unvollständig bearbeiteten Bereiche auf die Schneidkanten minimiert werden. Entsprechend ergibt sich eine hohe Standzeit und ein verbessertes Bearbeitungsergebnis.
Bevorzugt beträgt ein Verhältnis des Radius des mittleren Radiusabschnitts zur Spanteilertiefe 2.5-6.5, bevorzugt 3.5-5.5, besonders bevorzugt 4.0-5.0. Es hat sich gezeigt, dass sich mit einer entsprechenden Geometrie eine zuverlässige Spanteilung bei geringer Belastung der Schneidkanten erreichen lässt.
Der Radius der äusseren Radiusabschnitte ist insbesondere kleiner als derjenige des mittleren Radiusabschnitts. Insbesondere beträgt ein Verhältnis des Radius jedes äusseren Radiusabschnitts zum Radius des mittleren Radiusabschnitts 0.75 oder weniger.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Profil der Spanteiler entlang der Schneide spiegelsymmetrisch, d. h. die äusseren Radiusabschnitte weisen die gleiche Form auf, und der mittlere Radiusabschnitt selbst ist ebenfalls spiegelsymmetrisch, insbesondere um eine Symmetrieachse, die durch den tiefsten Punkt des Spanteilerprofils führt. Eine solche Geometrie lässt sich einfach fertigen und hat sich als vorteilhaft in Bezug auf die Spanteilung und Werkzeug-Standzeit erwiesen.
Bevorzugt sind bei einem erfindungsgemässen Werkzeug mantelseitig mindestens drei helikale Hauptschneiden angeordnet, und zwischen an benachbarten Hauptschneiden angeordneten Spanteilern ist ein axialer Versatz von mindestens dem 1.25-fachen, insbesondere von mindestens dem 1.75-fachen, der Spanteilerbreite vorhanden.
Der axiale Versatz wird entlang der Werkzeug-Längsachse gemessen. Haben die Spanteiler allesamt dieselbe Geometrie, kann ein beliebiger Bezugspunkt herangezogen werden (z. B. einer der Wendepunkte oder der tiefste Punkt). Der Versatz wird dann jeweils zwischen diesem Bezugspunkt der entsprechenden Spanteiler gemessen. Haben die Spanteiler unterschiedliche Geometrien, wird der Versatz jeweils anhand der axialen Ausdehnung des längeren Spanteilers bestimmt. Als Bezugspunkt ist der tiefste Punkt des Profils geeignet; ist ein solcher nicht eindeutig bestimmbar, kann ein axialer Mittelpunkt des Profils herangezogen werden.
Der genannte axiale Versatz hat zur Folge, dass sich die Spanteiler benachbarter Schneiden in axialer Richtung nicht überlappen. Sind in axialer Richtung überlappende Spanteiler vorhanden, ist zwischen diesen somit immer mindestens eine Hauptschneide vorhanden, die in diesem axialen Bereich keinen Spanteiler aufweist. Dadurch wird vermieden, dass sich aufgrund mehrerer aufeinanderfolgender Spanteiler ein lokaler Grat aufbaut, der dann beim Auftreffen auf die nächste Schneide ohne Spanteiler insgesamt abgetragen werden muss. Der axiale Versatz stellt sicher, dass die auf einen Spanteiler folgende Region der nachfolgenden Schneide den ausgelassenen Bereich des Werkstücks unmittelbar nachbearbeiten, d. h. abtragen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs sind mantelseitig mindestens vier helikale Hauptschneiden angeordnet, und Spanteiler mit überlappender axialer Ausdehnung sind derart an den Hauptschneiden angeordnet, dass zwischen diesen Spanteilern in Arbeitsrichtung mindestens zwei Hauptschneiden ohne überlappende Spanteiler angeordnet sind.
Das heisst insbesondere, dass das Kriterium in Bezug auf den axialen Versatz nicht nur für unmittelbar benachbarte Schneiden gilt, sondern auch noch für Spanteiler an der übernächsten Schneide.
Mit Vorteil verläuft eine Längsachse der Spanteiler parallel zu einer der entsprechenden Hauptschneide benachbarten Freifläche und in einer Ebene senkrecht zur Werkzeug-Längsachse.
Die Längsachse der Spanteiler entspricht insbesondere einer Symmetrieachse derselben. Sie verläuft in der Regel in einer Ebene quer zur Werkzeuglängsachse und in der Bewegungsrichtung des zur Herstellung des Spanteilers verwendeten Schleifwerkzeugs. Bei einem erfindungsgemässen trogartigen Spanteiler ist sie parallel mit der Linie, die die tiefsten Punkte des Spanteilers umfasst. «Parallel mit der benachbarten Freiflächen bezieht sich insbesondere auf die Situation vor dem Einbringen des Spanteilers bzw. eine hypothetische Werkzeugkontur ohne Spanteiler. Die Richtung der Freifläche ergibt sich dann an derselben Umfangsposition wie derjenigen der Längsachse des Spanteilers.
Die trogartige Struktur, die den Spanteiler bildet, weist somit von der Freifläche bis in die Spannut im Wesentlichen denselben Querschnitt auf.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Fräswerkzeugs, die für eine Bearbeitung im HDC-Verfahren geeignet sind, haben insbesondere einen Durchmesser von 6-20 mm und eine Zähnezahl von 6-8.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Figurenliste
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fräswerkzeugs;
2 eine schematische Darstellung des Spanteilerprofils; und
3A-F schematische Darstellungen möglicher Anordnungen der Spanteiler entlang der Schneidkanten für Zähnezahlen von 3 bis 8.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fräswerkzeugs. Der Schaftfräser 100 gemäss der ersten Ausführungsform ist besonders für die Bearbeitung von nichtrostenden Stählen und Ni-Basis-Legierungen (hochlegierten und hochwarmfesten Stählen) im HDC-Verfahren (High Dynamic Cutting) geeignet.
Der Schaftfräser 100 ist einstückig aus Hartmetall gefertigt. Er weist einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Grundkörper 110 mit einer Längsachse A auf. Der Nominaldurchmesser d1 des beispielhaft in der 1 gezeigten Grundkörpers 110 beträgt 10.0 mm. Er ist über die gesamte Werkzeuglänge konstant. Der Grundkörper 110 ist dabei in seiner Längsrichtung in einen Schaftbereich 111 und einen Arbeitsbereich 113 gegliedert. Der Schaftbereich 111 ist kreiszylindrisch und kann beispielsweise in einem entsprechenden Futter einer Fräsmaschine aufgenommen und gehalten werden. Eine sel<antenartige Abflachung im Mantel des Schaftbereichs 111 (nicht dargestellt) wirkt mit einer futterseitigen Verdrehsicherung zusammen. Zum vereinfachten Einbringen in ein Spannmittel weist der Schaftbereich 111 am (proximalen) Längsende des Grundkörpers 110 eine Abfassung auf (nicht dargestellt).
Der Arbeitsbereich 113 schliesst distal an den Schaftbereich 111 an. Er ist in an sich bekannter Weise mit einer Hartstoffbeschichtung versehen. Im Arbeitsbereich 113 sind sieben helikal verlaufende Schneidzähne 117.1, 117.2, 117.3, 117.4, 117.5, 117.6, 117.7 ausgebildet. Die Gesamtlänge des Werkzeugs beträgt 71 mm, die Schneidenlänge 25 mm, jeweils axial von der Stirnseite her gemessen.
Die Drallwinkel der einzelnen Schneidzähne 117.1...7 betragen 56.45°. Die Zahnteilung ist ungleich, die entsprechenden Winkel betragen 0° für den ersten Schneidzahn 117.1, 48°, für den zweiten Schneidzahn 117.2, 100° für den dritten Schneidzahn 117.3, 156° für den vierten Schneidezahn 177.4, 209° für den fünften Schneidezahn 117.5, 258° für den sechsten Schneidezahn 117.6 und 310° für den siebten Schneidzahn 117.7.
Im Folgenden wird exemplarisch der Schneidzahn 117.1 beschrieben, wobei sich von diesem die weiteren Schneidzähne 117.2...7 durch deren azimutal versetzte Anordnung am Schaftfräser 100 und die Platzierung der Spannuten - wie unten näher beschrieben - unterscheiden. In Drehrichtung des Schaftfräsers 100 ist vor dem Schneidzahn 117.1 eine Spannut 121 ausgestaltet, der Spanwinkel beträgt 10°. Eine Innenwandung der Spannut 121 umfasst dabei eine Haupt-Spanfläche 122 des Schneidzahns 117.1 sowie eine Rückseite 123 des anderen Schneidzahns 117.7.
Eine radial am weitesten von der Längsachse A entfernte wendelförmige Kante am Schneidzahn 117.1 bildet eine Hauptschneide 124 des Schaftfräsers 100. Bezüglich der Drehrichtung hinter der Hauptschneide ist eine Freifläche ausgebildet. Ihr Freiwinkel beträgt 8°, ihre axiale Ausdehnung 1 mm.
An einem arbeitsbereichseitigen (distalen) Längsende des Schaftfräsers 100 ist stirnseitig, an die Hauptschneide 124 anschliessend, eine Nebenschneide 132 mit einer Neben-Spanfläche ausgebildet. Die Hauptschneide 124 und die Nebenschneide 132 sind über einen Radiusübergang miteinander verbunden, wobei die Schneiden derart ausgebildet sind, dass eine vom Mantelbereich über den Radius bis in die Stirnseite durchgängige, stufenlose Schneide gebildet wird. Der Krümmungsradius im Bereich des Radiusübergangs 130 beträgt im dargestellten Beispiel 0.20 mm.
Die Geometrie der Stirnseite entspricht derjenigen gemäss der EP 3 150 313 A1 der vorliegenden Anmelderin. Die Nebenschneide 132 weist hinter der eigentlichen Schneidkante zwei Freiflächen auf. Ihre Freiwinkel betragen 8° bzw. 15°. Eine axiale Ausdehnung des Zahnanschliffs der Nebenschneiden 132 beträgt 0.25 mm. Der Zahnanschliff deckt somit insbesondere den Radiusbereich ab.
Ausgehend vom Radiusbereich 130, welcher den radial äussersten Abschnitt der Nebenschneide 132 bildet, erstreckt sich die Schneide zunächst in einem exakt in einer Radialebene verlaufenden ersten Abschnitt (Hohlschliff 0°) nach innen, bis zu einem radialen Abstand von der Achse A von 4.4 mm. Über einen gekrümmten Übergangsbereich schliesst sich ein zweiter Abschnitt an. Dieser weist einen Hohlschliff von 13° auf und erstreckt sich innen bis zu einer zentralen Durchgangsöffnung für die innere Kühlmittelzuführung, die sich axial im Werkzeug bis zum proximalen Ende des Schaftbereichs 111 erstreckt.
Die Nebenschneidkante weist einen Rücl<spanwinl<el von 2° auf, der Spanwinkel beträgt 12°.
Die Stirnseite weist zwischen jeweils zwei in Rotationsrichtung benachbarten Nebenschneiden 132 der Schneidzähne 117.1...7 jeweils eine Stirnlücl<e 141 auf. Die Stirnlücl<en 141 sind muldenförmig ausgebildet, mit einem Öffnungswinkel von 40° und einem Stirnlücl<enradius von 0.25 mm. Ein hinteres, radial inneres Ende der Mulde stellt eine Fortsetzung eines der Schneidzähne 117.1 ...7 dar. Die Mulde erstreckt sich dann mit ihrer Längsrichtung quer zu diesem hinteren Ende radial nach aussen und schliesst mit ihrer in Rotationsrichtung hinteren Seite zunächst an eine zentrale Erhebung, dann an die Neben-Spanfläche des in Rotationsrichtung nachfolgenden Schneidzahns 117.1..7 an. Der tiefste Punkt der Stirnlücl<e 141 in einer axialen Ebene, welche die äusseren Enden der Nebenschneiden 132 umfasst, liegt in einer Tiefe von 1.2 mm hinter der Stirnfläche.
Die Längsachse der Stirnlücl<en 141, entsprechend dem Muldengrund, ist gegenüber einer Radialebene um einen Winkel von 15° geneigt, so dass die Mulde ausgehend vom Zentrum des Fräswerkzeugs nach aussen schräg von der Stirnseite weg verläuft. Der Abstand der radial äusseren Begrenzungen der zwei einander gegenüberliegenden Stirnlücl<en 141 beträgt 4.3 mm.
In der Verlängerung der Stirnlücl<en 141 liegen Übergangsflächen. Diese weisen einen Radius von 0.4 mm auf, sind also etwas offener als die Stirnlücl<en 141. Die Übergangsflächen sind muldenförmig, ähnlich wie die Stirnlücl<en 141, der Boden der Mulde erstreckt sich aber entlang einer konvexen Linie. Der entsprechende Krümmungsradius beträgt 1.0 mm. Die axiale Tiefe des axial hinteren Endes der Übergangsflächen beträgt 3.13 mm. Die Übergangsflächen weisen in Richtung der Haupt-Spanfläche 122 eine Verbreiterung auf, die während der Herstellung des Fräswerkzeugs mittels eines seitlichen Versatzes der verwendeten Schleifscheibe hergestellt wurde. Die Übergangsflächen laufen in axialer Richtung hinten zungenförmig in die Spannut aus.
Entlang der Schneidzähne 117.1 ...7 sind Spanteiler 150 angeordnet. Deren Profil ist in der 2 dargestellt. Ausgehend von der jeweiligen Hauptschneide 124 umfasst ein Spanteiler 150 einen ersten äusseren radialen Abschnitt 151 mit einem Radius rSp2. Der erste äussere radiale Abschnitt 151 schliesst tangential, d. h. stufen- und knickfrei, an die Hauptschneide 124 an. Innen an den ersten äusseren radialen Abschnitt 151 schliesst ein innerer radialer Abschnitt 152 mit einem Radius rSp an. Der Übergang erfolgt wiederum stufen- und knickfrei. Auf der Gegenseite schliesst ein zweiter äusserer radialer Abschnitt 153 an. Dieser ist spiegelbildlich zum ersten äusseren radialen Abschnitt 151 ausgebildet, entsprechend beträgt auch hier der Radius rSp2. Schliesslich mündet er zweite äussere radialer Abschnitt 153 wiederum übergangs- und knickfrei in die Hauptschneide 124 zurück. Die Spannut 150 hat eine Breite bSp und eine Tiefe tSp.

Geeignete Dimensionen für verschiedene Werkzeugdurchmesser d1 sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt:

Werkzeugdurchmesser d1	Profiltiefe tSp	Profilradius rSp	Profilradius rSp2	Profilbreite bSp
≤ 12	0.075 +0.05/ 0	0.35	0.2	0.54
> 12 - 18	0.120 +0.05/ 0	0.50	0.2	0.80
> 18 - 26	0.150 +0.05/ 0	0.63	0.2	1.00

Die Spanteiler 150 sind derart erzeugt worden, dass die Profiltiefe tSp parallel der geschärften Freifläche der jeweiligen Schneidzahns 117.1 ... 7 verläuft.
Die 3A-3F zeigen schematisch mögliche Anordnungen der Spanteiler entlang der Schneidkanten für Zähnezahlen von 3 bis 8. Dargestellt ist jeweils nur der an die Stirnseite 130 angrenzende Bereich. Das Muster wiederholt sich dann - je nach Schneidenlänge - bis zum Ende des Arbeitsbereichs 113.
Dargestellt in den 3A-3F sind die Positionen p der Spanteiler 150 entlang der Schneidzähne 117. Je nach Anzahl der Schneidzähne ergeben sich unterschiedliche Anzahlen an Gängen G, wobei die benachbarten Spanteiler 150 eines Schneidzahns 117 jeweils um die axiale Teilung T beabstandet sind, gemessen jeweils von Mitte zu Mitte der Spanteiler 150 (d. h. zwischen den tiefsten Punkten der Spanteiler 150).
Spanteiler 150 benachbarter Schneidkanten sind um den Teilungsversatz Tv beabstandet (vgl. 3E).
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist bis zu einer Schneidenzahl 5 (3C) pro Gang nur jeweils ein Spanteiler 150 an einer bestimmten axialen Position angeordnet. Negative Einflüsse auf die nachfolgenden Schneidkanten werden durch die Geometrie des Spanteilers und das Vermeiden von Überlappungen aufgrund des Teilungsversatzes vermieden. Ab einer Schneidenzahl 6 (3D) sind pro Gang jeweils zwei Spanteiler 150 an derselben axialen Position angeordnet, allerdings jeweils durch mindestens zwei bzw. drei weitere Schneidkanten beabstandet.
Bei der Auslegung des Spanteilersystems sind generell die folgenden Parameter zu beachten:

- Art des Bearbeitungsvorgangs (Schruppen, Schlichten, HDC);
- der Werkstoff;
- die Werl<zeugdimensionen;
- daraus resultierende Verfahrensparameter (besonders relevant ist letztlich der Vorschub pro Zahn).

Es hat sich gezeigt, dass in vielen Fällen eine zuverlässige Spanabfuhr ohne Beeinträchtigung des Bearbeitungsvorgangs bzw. der Lebensdauer des Werkzeugs gegeben ist, wenn eine maximale Spanlänge von 16 mm eingehalten wird.
Beim erfindungsgemässen Fräswerkzeug kann das Spanteilersystem gemäss den nachfolgenden Ausführungen ausgelegt werden.

1. Die Anzahl der Spanteiler pro Zahn lässt sich - in Abhängigkeit des Werkzeugdurchmessers d 1 und der Schneidenlänge I2 gemäss der folgenden Tabelle bestimmen:

	Anzahl Spanteiler
d1	0	1	2	3	4	5	6
> 5.99 -7.99	≤ 15	≤ 30	≤ 40	≤ 50	≤ 60
> 7.99 -9.99	≤ 20	≤ 32	≤ 43	≤ 54	≤ 65
> 9.99 -1 1.99	≤ 24	≤ 36	≤ 48	≤ 60	≤ 72
> 11.99-15.99	≤ 24	≤ 36	≤ 48	≤ 64	≤ 78	≤ 92
> 15.99 -19.99	≤ 24	≤ 36	≤ 50	≤ 64	≤ 78	≤ 92	≤ 112
> 19.99 -25.99	≤ 24	≤ 36	≤ 50	≤ 64	≤ 78	≤ 92	≤ 112

Die Teilung T wird dann wie folgt berechnet: $T = \frac{l 2}{A n z a h l S p a n t e i l e r + 1}$
Runden auf 0.05
und der Teilungsversatz Tv wie folgt: $T v = b S p * 2$
Runden auf 0.01

2. Die Anzahl der Gänge ergibt sich durch folgende Vorschrift:

A n z a h l G \ddot{a} n g e = ⌈ \frac{Z \ddot{a} h n e z a h l}{⌊ \frac{Z \ddot{a} h n e z a h l}{3} ⌋} ⌉

Zähnezahl z	3	4	5	6	7	8
Anzahl Gänge	3	4	5	3	4	4

3. Die erste Position p₁ des Gangs 1 (G₁) ergibt sich wie folgt:

p_{1} = T - Tv * \frac{A n z a h l G \ddot{a} n g e - 1}{2}

Der erfindungsgemässe Fräser lässt sich grundsätzlich gemäss dem in der EP 3 150 313 A1 der vorliegenden Anmelderin beschriebenen Verfahren herstellen, wobei nachfolgend noch die Spanteiler eingebracht werden. Dies kann durch radiales oder konventionelles Schleifen erfolgen. Besonders bevorzugt werden zur Herstellung der Spanteiler Profilschleifscheiben eingesetzt, die mittels EDM-Technologie profiliert wurden, da so eine hohe Präzision erreicht werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So lassen sich insbesondere auch Fräswerkzeuge mit anderer Zähnezahl und kleineren bzw. grösseren Durchmessern nach der erfindungsgemässen Lehre fertigen. Geometrische Details können anders ausgestaltet werden, insbesondere auch, um den Erfordernissen anderer Werkstoffe Rechnung zu tragen.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung ein Vollfräswerl<zeug schafft, welches hinsichtlich Spanabfuhr verbesserte Eigenschaften aufweist, insbesondere für Anwendungen im Bereich des hochdynamischen Fräsens.
Bezugszeichenliste

A: Längsachse
bSp: Breite
d1: Nominaldurchmesser
G, G1...G4: Gang
p, p1...p5: Position
rSp: Radius
rSp2: Radius
T: axiale Teilung
tSp: Tiefe
Tv: Teilungsversatz
100: Schaftfräser
110: Grundkörper
111: Schaftbereich
113: Arbeitsbereich
117.1...7: Schneidzahn
121: Spannut
122: Haupt-Spanfläche
123: Rückseite
124: Hauptschneide
130: Stirnseite
132: Nebenschneide
141: Stirnlücke
150, 150.1.1- 150.7.2: Spanteiler
151: radialer Abschnitt
152: radialer Abschnitt
153: radialer Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2398616 B1 [0008]
EP 3150313 A1 [0042, 0059]

Claims

Vollfräswerl<zeug zur rotierenden Materialbearbeitung, umfassend einen länglichen Werkzeugschaft, welcher einen Arbeitsbereich aufweist, in welchem mantelseitig mindestens zwei helikale Hauptschneiden angeordnet sind, wobei entlang jeder der mindestens zwei helikalen Hauptschneiden mehrere Spanteiler angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einer Spanteilertiefe und einem Durchmesser des Werkzeugs kleiner ist als 0.020, insbesondere kleiner als 0.015.
Vollfräswerl<zeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der axialen Ausdehnung der Spanteiler zum Werkzeugdurchmesser mindestens 0.03 beträgt.
Vollfräswerl<zeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profil der Spanteiler einen ersten äusseren Radiusabschnitt, einen mittleren Abschnitt und einen zweiten äusseren Radiusabschnitt umfasst, wobei der erste äussere Radiusabschnitt direkt in den mittleren Abschnitt und der mittlere Abschnitt direkt in den zweiten äusseren Radiusabschnitt übergehen.
Vollfräswerl<zeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt durch einen mittleren Radiusabschnitt gebildet ist.
Vollfräswerl<zeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des Radius des mittleren Radiusabschnitts zur Spanteilertiefe 2.5-6.5, bevorzugt 3.5-5.5, besonders bevorzugt 4.0-5.0, beträgt.
Vollfräswerl<zeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Spanteiler entlang der Schneide spiegelsymmetrisch ist.
Vollfräswerl<zeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mantelseitig mindestens drei helikale Hauptschneiden angeordnet sind und dass zwischen an benachbarten Hauptschneiden angeordneten Spanteilern ein axialer Versatz von mindestens dem 1.25-fachen, insbesondere von mindestens dem 1.75-fachen, der Spanteilerbreite vorhanden ist.
Vollfräswerl<zeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mantelseitig mindestens vier helikale Hauptschneiden angeordnet sind und dass Spanteiler mit überlappender axialer Ausdehnung derart an den Hauptschneiden angeordnet sind, dass zwischen diesen Spanteilern in Arbeitsrichtung mindestens zwei Hauptschneiden ohne überlappende Spanteiler angeordnet sind.
Vollfräswerl<zeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse der Spanteiler parallel zu einer der entsprechenden Hauptschneide benachbarten Freifläche und in einer Ebene senkrecht zur Werkzeug-Längsachse verläuft.