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Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Fräswerkzeuge werden für die zerspanende Bearbeitung von Werkstoffen, insbesondere von Holz oder holzartigen Werkstoffen, von Metallen, Kunststoffen und/oder von Verbundstoffen eingesetzt. In typischer Bauform umfassen sie einen Grundkörper sowie mindestens eine Schneidengruppe von mindestens zwei umfangsseitig des Grundkörpers angeordneten Schneiden. In der Drehrichtung vor jeder Schneide ist ein Spanraum ausgebildet. Um einen schlagartigen Eingriff der Schneiden mit dem Werkstück entlang der gesamten Schneidenlänge zu vermeiden, können die Schneiden jeweils in einem Achswinkel schräg zur Achsrichtung verlaufen.
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Gleichwohl werden die Schneiden beim Eingriff in das zu zerspanende Werkstück belastet, was zu entsprechendem Verschleiß mit Schneidkantenverrundung führt. Außerdem bewirkt die Anordnung der Schneiden in einem von Null abweichenden Achswinkel das Auftreten von unerwünschten Axialkräften, die einerseits auf das Werkzeug und andererseits auf das Werkstück einwirken. Insbesondere bei Fräswerkzeugen mit kleinem Durchmesser, also bei sogenannten Schaftfräsern, besteht nur eingeschränkter Bauraum für eine entsprechende Anzahl von Schneiden bzw. Schneidplatten. Die Anordnung der Schneiden in einem Achswinkel begrenzt deren Anzahl zusätzlich. Hierdurch wird im Betrieb eine Schwingungsbildung begünstigt, welche einerseits das Fräswerkzeug belastet und andererseits zu Rattermarken an der Schnittoberfläche führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug derart weiterzubilden, dass bei verbesserter Standzeit ein ruhigerer Werkzeugeingriff erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fräswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung sind mindestens eine, bevorzugt mehrere über den Umfang des Grundkörpers verteilte Schneidengruppen vorgesehen, wobei innerhalb einer Schneidengruppe der Achswinkel der in der Drehrichtung vorderen Schneide und der Achswinkel einer in der Drehrichtung nachfolgenden Schneide bei gleichem Vorzeichen im Betrag voneinander abweichen. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt es, innerhalb eines Fräswerkzeuges eine erhöhte Anzahl von Schneiden bzw. Schneidplatten unterzubringen und damit die Standzeit zu erhöhen. Die unterschiedlichen Achswinkel führen dazu, dass sich der Umfangsabstand zweier aufeinander folgender Schneiden entlang der Achsrichtung verändert. Der veränderliche Umfangsabstand und die unterschiedlichen Achswinkel wirken insbesondere im Zusammenspiel mit einer erhöhten Schneidenanzahl einer Schwingungsbildung entgegen. Damit ist ein ruhigerer Eingriff des Werkzeuges in das zu zerspanende Werkstück und eine verbesserte Oberflächenqualität erzielt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Achswinkel der in der Drehrichtung vorderen Schneide kleiner als der Achswinkel der in der Drehrichtung nachfolgenden Schneide. Die vordere Hauptschneide erzeugt damit vergleichsweise geringe Axialkräfte, was das Werkstück schont, während eine oder mehrere nachfolgende Schneiden aufgrund des erhöhten Achswinkels zu einer Verbesserung der Werkstückoberfläche beitragen.
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Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, dass der Achswinkel der in der Drehrichtung vorderen Schneide in einem Bereich von einschließlich 10° bis einschließlich 40°, bevorzugt in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 30° liegt, und insbesondere zumindest näherungsweise 25° beträgt. Ebenfalls als zweckmäßig gefunden wurde, dass der Achswinkel der in der Drehrichtung nachfolgenden Schneide in einem Bereich von einschließlich 30° bis einschließlich 70°, bevorzugt in einem Bereich von einschließlich 40° bis einschließlich 60° liegt, und insbesondere zumindest näherungsweise 50° beträgt.
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Es kann ausreichen, dass eine Schneidengruppe durch nur zwei Schneiden gebildet wird. Bevorzugt umfasst eine Schneidengruppe eine vordere Schneide mit dem zugeordneten Achswinkel und mindestens zwei in der Drehrichtung nachfolgende Schneiden mit einem jeweils zugeordneten abweichenden Achswinkel. Dies trägt zur Beruhigung des Werkzeuges und zu einem saubereren Schnitt bei.
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Vorteilhaft ist innerhalb einer Schneidengruppe der Spanraum vor der in der Drehrichtung vorderen Schneide größer als der Spanraum vor der in der Drehrichtung nachfolgenden Schneide. Die vordere Hauptschneide sorgt hierdurch für einen guten Spantransport, während die eine oder mehrere Folgeschneiden eine Verbesserung der Oberflächenqualität bewirken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind in Längsrichtung des Grundkörpers zwei Schneidenabschnitte mit jeweils mindestens einer Schneidengruppe vorgesehen, wobei die Achswinkel innerhalb des einen Schneidenabschnitts und die Achswinkel innerhalb des anderen Schneidenabschnitts entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen insbesondere derart, dass die Schneiden beider Schneidenabschnitte einander zugewandt liegen. Ein derart ausgestaltetes Fräswerkzeug eignet sich insbesondere für die Bearbeitung von Schichtstoffen, da die entstehenden Schnittkräfte an beiden Oberflächen des Werkstückes zur Werkstückmitte hin gerichtet sind und deshalb ein Ausfransen der Oberfläche vermeiden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
- 1 in einer Seitenansicht einen erfindungsgemäß ausgeführten Schaftfräser mit zwei einander zugewandten Schneidengruppen und mit im Betrag unterschiedlichen, jedoch vorzeichengleichen Achswinkeln der Schneiden innerhalb einer Schneidengruppe,
- 2 in einer Querschnittsdarstellung den Schaftfräser nach 1 entlang der dort als II - II benannten Schnittlinie in der ersten, oberen Schneidengruppe mit unterschiedlich großen Spanräumen vor den jeweiligen Schneiden, und
- 3 in einer Querschnittsdarstellung den Schaftfräser nach 1 entlang der dort als III - III benannten Schnittlinie in der zweiten, unteren Schneidengruppe ebenfalls mit unterschiedlich großen Spanräumen vor den jeweiligen Schneiden.
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1 zeigt in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäß ausgeführtes Fräswerkzeug am Beispiel eines Schaftfräsers. Das Fräswerkzeug ist zum drehenden Antrieb um eine Drehachse 1 in einer Drehrichtung 2 vorgesehen, und umfasst einen Grundkörper 3 sowie umfangsseitig des Grundkörpers 3 angeordnete Schneiden 8, 9, 10, 11. In seiner beispielhaften Ausführung als Schaftfräser weist das Fräswerkzeug einen oberen Schaftbereich 4 zum Einspannen in eine Spannzange oder dergleichen sowie einen unteren Schneidenbereich 5 mit den Schneiden 8, 9, 10, 11 auf. Es kann aber auch eine abweichende Ausgestaltung beispielsweise als Scheibenfräser ohne den Schaftbereich 4 oder eine beliebige andere Bauform zweckmäßig sein. Das Fräswerkzeug kann aus Vollmaterial mit dem Grundkörper 3 und mit einteilig daran ausgeformten Schneiden 8, 9, 10, 11 beispielsweise aus Hartmetall gebildet sein. Es kann aber auch einen Grundkörper 3 beispielsweise aus Werkzeugstahl mit aufgelöteten Schneiden 8, 9, 10, 11 beispielsweise aus Vollhartmetall, aus polykristalinem Diamant (DP), aus Hartmetall, aus Keramik oder dergleichen umfassen. Das Fräswerkzeug ist für die zerspanende Bearbeitung von Werkstoffen, insbesondere von Holz oder holzartigen Werkstoffen, von Metallen, Kunststoffen und/oder von Verbundstoffen vorgesehen und ausgelegt.
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Das Fräswerkzeug weist mindestens einen Schneidenabschnitt 16, 17 auf, innerhalb dessen die Schneiden 8, 9, 10, 11 innerhalb einer bestimmten, nachfolgend näher beschriebenen Weise angeordnet sind. Im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfass das Fräswerkzeug zwei verschieden Schneidenabschnitte 16, 17, die bezogen auf die hier vertikale Achsrichtung unmittelbar übereinander angeordnet sind und aneinander angrenzen.
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2 zeigt in einer Querschnittsdarstellung den Schaftfräser nach 1 entlang der dort als II - II benannten, durch den ersten, oberen Schneidenabschnitt 16 verlaufenden Schnittlinie. Es ist zu erkennen, dass in der Drehrichtung 2 über den Umfang des Grundkörpers 3 verteilt mehrere, hier zwei Schneidengruppen 6 angeordnet sind. Jede Schneidengruppe 6 setzt sich zusammen aus mindestens zwei Schneiden 8, 9, nämlich aus einer in der Drehrichtung 2 vorderen Schneide 8 und aus mindestens einer, hier aus zwei in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneiden 9. Innerhalb einer Schneidengruppe 6 kann es aber auch mehr als zwei nachfolgende Schneiden 9 geben. Bei größeren Werkzeugdurchmessern kann eine höhere Anzahl von Schneidengruppen 6 zweckmäßig sein. Bei geringeren Werkzeugdurchmessern kann auch nur eine einzelne Schneidengruppe 6 ausreichen. Bezogen auf die Drehrichtung 2 ist vor jeder Schneide 8, 9 je ein Spanraum 12, 13 ausgebildet. Innerhalb jeder Schneidengruppe 6 ist der Spanraum 12 vor der in der Drehrichtung 2 vorderen Schneide 8 größer als der Spanraum 13 vor der in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneide 9.
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3 zeigt in einer Querschnittsdarstellung den Schaftfräser nach 1 entlang der dort als III - III benannten, durch den zweiten, unteren Schneidenabschnitt 17 verlaufenden Schnittlinie. Für dort vorhandene Schneidengruppen 7 mit Schneiden 10, 11 gilt analog das gleiche wie bei den Schneidengruppen 6 des ersten, oberen Schneidenabschnitt 16: In der Drehrichtung 2 sind über den Umfang des Grundkörpers 3 verteilt mehrere, hier zwei Schneidengruppen 7 angeordnet. Jede Schneidengruppe 7 setzt sich zusammen aus mindestens zwei Schneiden 10, 11, nämlich aus einer in der Drehrichtung 2 vorderen Schneide 10 und aus mindestens einer, hier aus zwei in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneiden 11. Innerhalb einer Schneidengruppe 7 kann es auch mehr als zwei nachfolgende Schneiden 11 geben. Bei größeren Werkzeugdurchmessern kann eine höhere Anzahl von Schneidengruppen 7 zweckmäßig sein. Bei geringeren Werkzeugdurchmessern kann auch nur eine einzelne Schneidengruppe 7 ausreichen. Bezogen auf die Drehrichtung 2 ist vor jeder Schneide 10, 11 je ein Spanraum 14, 15 ausgebildet. Innerhalb jeder Schneidengruppe 7 ist der Spanraum 14 vor der in der Drehrichtung 2 vorderen Schneide 10 größer als der Spanraum 15 vor der in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneide 11.
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Hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Merkmale kann wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine Übereinstimmung des zweiten, unteren Schneidenabschnitts 17 mit dem ersten, oberen Schneidenabschnitt 16 bestehen. Eine solche Übereinstimmung muss aber nicht gegeben sein.
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Unter erneutem Bezug auf 1 ist erkennbar, dass die Schneiden 8, 9, 10, 11 jeweils in einem zugeordneten Achswinkel λ1, λ2, λ3, λ4 verlaufen. Im ersten, oberen Schneidenabschnitt 16 liegt in jeder Schneidengruppe 6 die Schneidkante der in der Drehrichtung 2 vordere Schneide 8 in einem Achswinkel λ1 relativ zur Längsachse bzw. zur Drehachse 1, während die Schneidkante(n) der mindestens einen, hier der beiden in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneiden 9 in einem davon abweichenden Achswinkel λ2 relativ zur Längsachse bzw. zur Drehachse 1 verlaufen. Trotz des voneinander abweichenden Betrages beider Achswinkel λ1, λ2 weisen sie ein gleiches Vorzeichen auf, sodass die Schneiden 8, 9 in der gleichen Richtung relativ zur Längsachse bzw. zur Drehachse 1 geneigt sind.
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Sinngemäß das Gleiche gilt auch für die Schneiden 10, 11 des zweiten, unteren Schneidenabschnitts 17: Dort liegt in jeder Schneidengruppe 7 die Schneidkante der in der Drehrichtung 2 vordere Schneide 10 in einem Achswinkel λ3 relativ zur Längsachse bzw. zur Drehachse 1, während die Schneidkante(n) der mindestens einen, hier der beiden in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneiden 11 in einem davon abweichenden Achswinkel λ4 relativ zur Längsachse bzw. zur Drehachse 1 verlaufen. Trotz des voneinander abweichenden Betrages beider Achswinkel λ3, λ4 weisen sie ein gleiches Vorzeichen auf, sodass die Schneiden 10, 11 innerhalb des zweiten, unteren Schneidenabschnitts 17 in der gleichen Richtung relativ zur Längsachse bzw. zur Drehachse 1 geneigt sind.
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Allerdings weisen die Achswinkel λ1, λ2 innerhalb des ersten, oberen Schneidenabschnitts 16 und die Achswinkel λ3, λ4 innerhalb des zweiten, unteren Schneidenabschnitts 17 entgegengesetzte Vorzeichen derart auf, dass die Spanflächen der Schneiden 8, 9 des einen Schneidenabschnitts 16 und die Spanflächen der Schneiden 10, 11 des anderen Schneidenabschnitts 17 einander zugewandt sind.
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In 1 ist noch für beide Schneidenabschnitte 16, 17 erkennbar, dass jeweils der Achswinkel λ1, λ3 der in der Drehrichtung 2 vorderen Schneide 8, 10 kleiner ist als der Achswinkel λ2, λ4 der in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneide 9, 11. Der Achswinkel λ1, λ3 der in der Drehrichtung 2 jeweils vorderen Schneide 8, 10 liegt vorteilhaft in einem Bereich von einschließlich 10° bis einschließlich 40°, zweckmäßig in einem Bereich von einschließlich 20° bis einschließlich 30°, und beträgt im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest näherungsweise 25°. Der Achswinkel λ2, λ4 der jeweils mindestens einen, hier der jeweils beiden in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneiden 9, 11 liegt vorteilhaft in einem Bereich von einschließlich 30° bis einschließlich 70°, zweckmäßig in einem Bereich von einschließlich 40° bis einschließlich 60°, und beträgt im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest näherungsweise 50°. Hierbei wird davon ausgegangen, dass gemäß dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Achswinkel λ1, λ3 der in der Drehrichtung 2 vorderen Schneiden 8, 10 zwar entgegengesetzte Vorzeichen, aber ansonsten den gleiche Betrag aufweisen. Die Achswinkel λ1, λ3 können in ihrem Betrag aber auch voneinander abweichen. Sinngemäße das gleiche gilt auch für die Achswinkel λ2, λ4 der in der Drehrichtung 2 nachfolgenden Schneiden 9, 11, die zwar bei entgegengesetzten Vorzeichen den gleichen Betrag aufweisen, aber auch voneinander im Betrag abweichen können. Weiter ist noch erwähnenswert, dass die beiden unmittelbar aufeinander nachfolgenden Schneiden 9 im gleichen Achswinkel λ2 mit gleicher Richtung und mit gleichem Betrag liegen, wobei es aber auch hier Unterschiede im Betrag geben kann. Sinngemäß das Gleiche gilt auf die beiden unmittelbar aufeinander nachfolgenden Schneiden 11, die im gleichen Achswinkel λ4 mit gleicher Richtung und mit gleichem Betrag liegen, sich aber auch im Winkelbetrag unterscheiden können.
