DE2338297A1 - Fraeswerkzeug - Google Patents

Description

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. H-sudc-Dip! Phys. W. Schmitt

Dipl. Ing. E. Grüaiti - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, Eti&ismtraße 25

Telefon &330586

Gorham Tool Company

14401 Woodrow Wilson Avenue
Detroit, Mich. 48258, USA

27. Juli 1973 Aktenzeichen: M-2730

Präswerkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schnittwerkzeug und insbesondere auf einen Grobfräser.

Erfindungsgemäß soll ein Präswerkzeug geschaffen werden, durch das bei hohen Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten verhältnismäßig starke Schnitte mit einer sehr geringen Antriebsleistung und einer äußerst geringen Vibrations-, Ratter- und Geräuschbildung herstellbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung das in den Ansprüchen beschriebene Präswerkzeug. Kurz gesagt, enthält das erfindungsgemäße Präswerkzeug, das in erster Linie zum Grobfräsen mit großer Schnittiefe verwendbar ist, mehrere schraubenförmige Kehlen, welche schraubenförmig verlaufende Präszähne bilden. Jeder Zahn ist mit mehreren, in Axialrichtung abgestuften Zacken versehen, so daß jede Schnittkante eine in Längs-

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richtung abgestufte, sägezahnartige Form aufweist; in Umfangsrichtung benachbarte, abgestufte Zähne sind in Axialrichtung versetzt angeordnet und bilden eine Schraubenlinie, die im gleichen Drehsinn wie die Spiralkehlen um den Umfang des Fräswerkzeugs verläuft.

Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug ist mit einer Vielzahl speziell ausgebildeter Fräszähne versehen, die starke Belastungen aufzunehmen vermögen, und erzeugt verhältnismäßig kleine, dicke Späne. Das Schnittwerkzeug verfügt über eine Vielzahl einzelner Schnittkanten, die in Umfangsrichtung versetzt und in Axialrichtung des Schnittwerkzeugs abgestuft sind, wodurch eine spanbrechende Wirkung erzielt wird, und jede Schnittkante ist mit einer radialen und seitlichen Hinterdrehung versehen, wodurch sich ein minimaler Schnittwiderstand, Seitendruck und Reibwiderstand mit dem Werkstück ergibt, was zu einer hochwirksamen, scherspanenden Bearbeitung des Werkstücks und somit zu einer Verringerung der zum Abtragen einer bestimmten Materialmenge erforderlichen Arbeitsleistung führt. Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug verfügt zwar über eine Vielzahl einzelner, formmäßig hinterdrehter Schnittkanten, jedoch lassen sich die Schnittkanten in einfacher Weise dadurch schärfen, daß lediglich die Stirnfläche jedes Fräszahnes geschliffen wird, indem dem Steigungswinkel der zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen liegenden Spiralkehle gefolgt wird.

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Fingerfräsers;

Fig. 2 eine Endansicht des Fräsers bei Bearbeitung eines Werkstücks;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines abgestuften Zackens sowie den Schnittvorgang in Umfangsrichtung aufeinanderfolgender, abgestufter Zacken während einer Umdrehung des Fräsers;

Fig. 4 eine sehematische Abwicklung der Schnittkanten;

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht, die die Verbindungsstelle zwischen zwei abgestuften Zacken zeigt;

Fig. 6 einen Schnitt des Fräswerkzeugs zur Darstellung des Schärfvorgangs der Schnittkanten;

Fig. 7 die durch die abgestufte Zahnform des Fräswerkzeugs erzielbare Bearbeitungsfläche;

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Fig. 8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Planfräsers mit einem größeren !Durchmesser und einer größeren Anzahl von Spiralkehlen als der in den Fign. 1 bis 7 gezeigte Fräser;

Fig. 9 eine Endansicht des in Fig. 8 gezeigten Planfräsers.

Bei dem in den Fign. 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Fingerfräser mit einem hinteren Schaft 10 und einem vorderen Fräsabschnitt 12. Im Fräsabschnitt 12 sind vier schraubenförmig verlaufende Kehlen 14 ausgebildet, die vier schraubenförmig verlaufende Zähne 16,18,20 und 22 bilden. Die Stirnfläche 24 jedes Zahnes schneidet die radial äußere Mantelfläche 26, so daß an jedem Zahn eine Schnittkante 28 gebildet wird. Die Stirnfläche 24 ist derart geschliffen, daß jede Schnittkante 28 einen positiven vorderen Keilwinkel r aufweist. In ähnlicher Weise ist die Mantelfläche 26 jedes Zahnes in Umfangsrichtung hinter der Schnittkante 28 radial nach innen hinterschnitten. Der gezeigte Stirnfräser ist rechtsgängig. Wie Fig. 2 zeigt, wird somit der Stirnfräser entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und gegenüber dem Werkstück W nach links vorgeschoben. In diesem Fall sind daher auch die Kehlen 14 rechtsgängig geschraubt (s. Fig. 1).

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Jeder Zahn ist mit mehreren abgestuften Zacken a, b, c, d, e lind f versehen. Die Schnittkante des Zahnes 16 wird somit durch Schnittkantenahschnitte 16a bis 16f gebildet und die Zähne 18, 20 und 22 haben in entsprechender Weise abgestufte Schnittkanten 18a bis 18f, 20a bis 2Of bzw. 22a bis 22f. Wie die Fign. 1 und 4 am deutlichsten zeigen, sind die abgestuften Zacken a bis f schraubengangförmig auf dem Umfang des Fräsers angeordnet. Bei einem Fräser mit vier Zähnen ist somit jeder abgestufte Zacken a im Sinne der Pig. 1 nach links gegenüber dem unmittelbar vorhergehenden abgestuften Zacken in Axialrichtung um eine Strecke 1 versetzt, die einem Viertel der Länge jeder abgestuften Schnittkante entspricht.

Aus der vergrößerten Darstellung des abgestuften Zackens 16a gemäß Pig. 3 ist ersichtlich, daß die Schnittkante jedes abgestuften Zackens geradlinig verläuft und in Axialrichtung zum Schaft 10 hin radial nach innen geneigt ist, wobei sie mit einem geringen Krümmungsradius 32 in eine Schulter 30 übergeht. Die Mantelflächen sämtlicher abgestufter Zacken werden durch ein Formwerkzeug hergestellt, das im Sinne der Pig. 1 nach links mit einem entsprechenden Steigungswinkel vorgeschoben wird, wobei das Formwerkzeug während seines axialen Vorschubs auch in jRadialrichtung nach innen vorgeschoben wird, um an den Mantelflächen jedes abgestuften Zackens die erwünschte, in Pig. 6 mit ρ bezeichnete radiale Hinterschneidung herzustellen. Aus-

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gezeichnete Ergebnisse wurden erzielt, wenn die geradlinigen Schnittkanten jedes abgestuften Zackens bezüglich der Achse des Erasers mit einem Winkel von etwa 5 bis 10°, vorzugsweise näher an 5°, und die Schultern 30 gegenüber der Senkrechten

ο geneigt unter einem Winkel von etwa 30/ sind. Die abgestuften Zacken 16a, 18a, 20a und 22a bilden eine vollständige Windung der Schraubenlinie, auf der die abgestuften Zacken liegen, und die einzelnen Gruppen der abgestuften Zacken sind derart auf dem Fräser angeordnet, daß jede nachfolgende Windung eine Verlängerung der vorhergehenden Schraubenlinienwindung bildet. Wie 3?ig. 4 zeigt, bilden somit sämtliche Zacken des Erasers gemeinsam eine Schraubenlinie, deren Neigungswinkel (y gemäß 3?ig. 4) bezüglich der Achse des Präsers beträchtlich größer als der Neigungswinkel χ der Kehlen 14 ist. Die Scheitel 34 jeder Schulter 30 sind alle in Radialrichtung gleich weit von der Werkzeugachse entfernt. Wenn somit das Werkzeug gedreht und zur Bearbeitung des Werkstücks vorgeschoben wird, wird infolge der gezeigten Zahnform eines Vielzahl kleiner, jedoch verhältnismäßig dicker Späne erzeugt.

Wenn beispielsweise die aufeinanderfolgenden, abgestuften Schnittkantenabschnitte a der vier Zähne betrachtet werden, und unter der Annahme, daß der Zahn 16 als erster auf das Werkstück W trifft, schneidet die Schnittkante 16a einen Span, der die volle länge des Zackens 16a aufweist, wobei die Dicke des

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Spans von der Drehgeschwindigkeit des Präsers und der Geschwindigkeit abhängt, mit der der Fräser nach links vorgeschoben wird. Wenn jedoch beim Umlauf des Fräsers die unmittelbar nachfolgende Schnittkante 18a auf das Werkstück auftrifft, trennt sie einen dicken Span 36 ab, der lediglich noch etwa dreiviertel der Breite des durch die Schnittkante 16a abgetrennten Spans aufweist. In ähnlicher Weise wird durch die unmittelbar nachfolgende Schnittkante 20a ein Span 38 abgetrennt, der lediglich noch etwa die Hälfte der Breite des durch die Kante 16a abgetrennten Spans aufweist, und der durch die nächste Schnittkante 22a der ersten Schraubengangwindung abgetrennte Span 40 hat eine Breite, die lediglich etwa ein "Viertel der Breite des durch die Kante 16a abgetrennten Spans ausmacht. Bei Fig. 3 handelt es sich insofern um eine etwas schematische Darstellung, als in ihr die Vorschubgeschwindigkeit des Fräsers beim Eindringen in das Werkstück nicht berücksichtigt ist. Fig. 3 zeigt lediglich das Fräswerkzeug bei Drehung um eine feststehende Achse , jedoch nicht, daß die durch den Fräser abgetrennten Späne klein und verhältnismäßig dick sind, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Fräswerkzeug, wo die Späne lange, schlanke Spiralspäne sind.

Da jede Schulter 30 dem Steigungswinkel der durch die abgestuften Zacken gebildeten Schraubenlinie folgt und ferner in Radialrichtung hinterschnitten ist (s. Fig. 6), vermag der Fräser

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verhältnismäßig starke Schnitte mit einem äußerst geringen Antriebsmoment und mit einer verhältnismäßig großen Spanlast durchzuführen, wobei keinerlei Schnittwiderstand am Zahnrücken und ein verhältnismäßig kleiner Seitendruck an den Zähnen vorhanden ist. Infolge der besonderen Zackenform ergibt die seitliche und die radiale Hinterschneidung jedes Zackens eine weitgehend vollkommene scherspanende Schnittwirkung über die volle Länge jedes Zahnes. Die durch den Präser gemäß Pig. erzielte Oberfläche ist in Pig. 7 und in vergrößerter Porm in Pig. 3 gezeigt. Am Werkstück W entsteht eine Vielzahl schmaler Riefen 42. Der seitliche Abstand zwischen den Riefen hängt natürlich von der Anzahl der im Verhältnis zum Durchmesser des Präsers auf seinem AußenuEifang vorhandenen Zähne und vom Steigungswinkel der abgestuften Zacken ab. Es wird eine glattere Schnittfläche erhalten, wenn der Neigungswinkel Y der schraubenförmig angeordneten, abgestuften Zacken erhöht wird (d.h. die Ganghöhe bei einem Präserbleichen Durchmessers verkleinert wird) und die Zähnezahl des Präsers vergrößert wird. So wurde beispielsweise bei einem Außendurchmesser des Präsers bis zu etwa 25 mm mit vier 2ähnen und einer Ganghöhe von 3 mm je Schraubenwindung ein ausgezeichnetes Bearbeitungsergebnis erzielt, Hit zunehmendem Durchmesser des Präsers sollte auch die Zähnezaiil zunehmen. In entsprechender Weise kann mit zunehmender Zähnezahl auch die G-anghöhe jeder Schraubengangwindung erhöht werden, um an jedem Zacken eine gute seitliche Hinterschneidung su erhalten, üin Fräser mit einem Außendurchmesser

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von etwa 37 mm weist somit vorzugsweise 6 Zähne auf, und ein Grobfräser mit einem Außendurchmesser von 50 mm sollte etwa 8 Zähne haben. Der Neigungswinkel y der Schraubenlinie der abgestuften Zacken (durch den die Ganghöhe für einen betrachteten Außendurchmesser festgelegt wird) kann je nach der erwünschten Oberflächengüte des Werkstücks beträchtlich schwanken. Wenn der Winkel y abnimmt, so daß die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Zacken bei einem !raser mit gleichem Durchmesser und der gleichen Zähnezahl (einem Fräser mit einer größeren Ganghöhe) in Axialrichtung weiter voneinander entfernt sind, wird eine gröbere Bearbeitungsfläche erhalten. Die Ganghöhe sollte jedoch in jedem Fall so groß sein, daß an jedem der aufeinanderfolgenden Zahnzacken die erwünschte seitliche Hinterschneidung erzielt wird. Die Länge jedes abgestuften Zackens a, b, c, d, e und f ist somit gleich der Ganghöhe jeder Schraubenlinienwindung.

Im Hinblick auf eine Standardisierung können Fräser mit einem Durchmesser bis zu etwa 37 mm eine Ganghöhe von 3mm und mit einem Durchmesser von mehr als 37 mm eine Ganghöhe von etwa 6 mm haben. Ferner können Fräser mit einem Durchmesser bis zu 25 mm vier Kehlen, mit einem Durchmesser zwischen 30 und 44 mm sechs Kehlen und mit einem Durchmesser von 50 mm acht oder mehr Kehlen aufweisen. Indem die Ganghöhe zwischen 3 und 6 mm und die Neigung der Zacken zwischen 5 und 10 gehalten wird, wird eine sehr starke Zahnform erhalten, die bei hohen Arbeitsge-

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schwindigkeiten starke Schnitte durchzuführen vermag. Die Radialtiefe ist nicht größer als etwa 1/10 der Axiallänge jedes Zackens.

Bei dem in den Fign. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Planfräser, der im wesentlichen gleich wie der in Fig. 1 gezeigte Fräser ausgebildet ist, abgesehen davon, daß der Fräser gemäß den Fign. 8 und 9 nicht in Axialrichtung in das Werkstück eingeschoben werden kann. Der Fräser gemäß den Fign. 8 und 9 ist erheblich langer ausgebildet und mit 16 Zähnen 44 versehen, die jeweils mit den schraubenförmig angeordneten, abgestuften Zacken a bis j versehen sind. Jede dieser abgestuften Zacken ist ebenso geneigt und ebenso in Radial- und seitlicher Richtung hintersehnitten wie die abgestuften Zacken a bis f gemäß Fig. 1. Der Neigungswinkel der durch, die abgestuften Zacken gebildeten Schraubenlinie des Planfräsers gemäß den Fign. 8 und 9 ist etwa gleich groß wie der Neigungswinkel der durch die abgestuften Zacken gemäß Fig. gebildeten Schraubenlinie. Da jedoch der Planfräser gemäß den Fign. 8 und 9 einen beträchtlich größeren Durchmesser als der Fräser gemäß den Fign. 1 bis 7 hat und anstelle von vier Zähnen sechzehn Zähne aufweist, ist die Ganghöhe je Schraubenlinienwindung vorzugsweise geringfügig größer als bei dem Fräser gemäß den Fign. 1 bis 7.

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Zwar 1st es nicht von Bedeutung, daß die Schulter 30 jeder abgestuften Zacke die gezeigte Neigung aufweist, jedoch sollte die Neigung dieser Schulter gegenüber der Senkrechten vorzugsweise etwa 30 betragen, da hierdurch am Scheitel 34 jedes abgestuften Zackens ein Winkel ο von mehr als 90° eingeschlossen wird (Fig. 3). Der empfindlichste Abschnitt der Schnittkante jedes abgestuften Zackens verfügt auf diese Weise über eine beträchtliche Festigkeit und Spanbeständigkeit. Trotzdem das Schnittwerkzeug eine verhältnismäßig verwickelte Kontur aufweist, läßt sich der Fräser relativ einfach schärfen. Wie Fig. 6 zeigt, wird beispielsweise zum Schärfen des Fräsers in die Kehle 14 ein Schleifrad G- eingeführt, das eine ebene Stirnfläche 46 und einen abgerundeten Endabschnitt 48 aufweist, welcher in seiner Kontur der Bodenfläche der Kehle 14 entspricht, Das Rad G ist unter dem erwünschten vorderen Keilwinkel angestellt und derart eingestellt, daß es der Spiralform der Kehle 14 folgt, so daß das Schleifrad beim Axialvorschub längs der Kehle in einfacher Weise die Stirnfläche des Zahnes abschleift und sämtliche abgestuften Zacken jedes Zahnes nachschärft.

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Claims (12)

1. Dr. lrg. H. Negendanle

   Dipl. Ing. H. Hauck · DiH Phys. VV. Schmitz

   Dipl. Ing. E. Graalf,- - Dipl. Irg. vv. Wehnert

   8 München 2, Moiartctraße 25

   Telefon 5380586

   Gorham Tool Company _{2?# JuU}

   14401 Woodrow Wilson Ave.

   Detroit,Mich.48238,USA Anwaltsakte M-2730

   Pat entansprüciie

   ( 1 · ) Fräswerkzeug mit mehreren, axial verlaufenden Spiralkehlen, iie mehrere Fräszähne "bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Präszähne (16,18,20,22) am Außenumfang mehrere abgestufte Zacken (16a bis 22f) aufweisen, die auf einer in Axialrichtung des Präsers im gleichen Drehsinn wie die Spiralkehlen (14) verlaufenden Schraubenlinie liegen, daß die einen Schnittkantenabschnitt (28) bildende Vorderkante jedes Zackens gegenüber der Mittelachse des Fräsers in Radialrichtung geringfügig nach außen geneigt zum Scheitel (34) einer radial gerichteten Schulter (30) verläuft, daß sämtliche Scheitel (34) auf dem gleichen Durchmesser liegen und die Schultern (30) in Radialrichtung steiler geneigt sind als die benachbarten Schnittkantenabschnitte (28), wobei die Schultern (30) das axial vordere und das axial hintere Ende benachbarter, entsprechend geneigter Schnittkanaen-

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   abschnitte (28) miteinander verbinden, und daß die Zacken (16a bis 22f) hinter ihren Vorderkanten radial nach innen und die Schultern (30) in Radial- und Axialrichtung hinterschnitten sind, wobei die Vorderkante jedes Präszahns (16,18,20,22) durch die abgestuften Zacken bei Blickrichtung von der Vorderfläche des Zahnes sägezahnförmig ausgebildet ist.
2. 2. Präswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Zacken (16a bis 22f), die zwischen den entgegengesetzten Axialenden des gezahnten Präserabschnitts liegen, die gleiche Axiallänge aufweisen.
3. 3· Präswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallänge jedes Zackens (16a bis 22f) gleich der Ganghöhe der durch die Zacken gebildeten Schraubenlinie ist.
4. 4. Präswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schulter (30) bezüglich der in Umfangsrichtung benachbarten Schulter axial um den η-ten Teil der Länge jedes Zackens (16a bis 22f) versetzt ist, wobei η gleich der Zähnezahl des Präswerkzeugs ist.

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5. 5. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geringfügig geneigten Schnittkartenabschnitte (28) auf zur Mittelachse des Präswerkzeugs geneigten, im wesentlichen geraden Linien liegen.
6. 6. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkantenabschnitte (28) zur Achse des Fräswerkzeuges unter einem Winkel zwischen etwa 5 und 10° geneigt sind.
7. 7. Fräswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkantenabschnitte (28) zur Achse des Fräswerkzeugs unter einem Winkel von etwa 5° geneigt sind.
8. 8. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern (30) im wesentlichen gerade Linien bilden und die Scheitel (34) mehrere, längs der Schnittkante (28) jedes Zahnes in Axialrichtung auf Abstand gehaltene, scharfe Spitzen aufweisen.
9. 9. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern (30) zur Achse

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   des Präswerkzeugs in einer zur Neigung der Schnittkantenabschnitte (28) der Zacken (16a Ms 22f) entgegengesetzten Richtung geneigt sind.
10. 10. Präswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiallänge jeder Schulter nicht mehr als etwa 1/10 der Länge jedes Zackens (16a Ms 22f) beträgt.
11. 11. Präswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schulter (30) gegenüber einer senkrecht zur Achse des Präswerkzeugs verlaufenden Radialebene unter einem Winkel von etwa 30° geneigt ist.
12. 12. Präswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von jedem Scheitel (34) eingeschlossene Winkel (o) mehr als 90° beträgt.

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