DE2338297B2 - Walzenfräser mit Zähnen in Form von Schraubenlinien - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Walzenfräser der im Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruches genannten Art.

Es ist ein solcher Walzenfräser bekannt (FR-PS 30 614), bei den. die in Umfangsrichtung gekrümmten Schrägflächen eines jeden Zackens gegenüber der Achse des Fräsers unter einem Winkel von 30° geneigt sind. Bei einem Neigungswinkel von 30° der Schulter eines jeden Zacken gegenüber einer Radialebene wird zusammen mit dem vorstehend genannten Winkel der Schrägfläche bei dem bekannten Walzenfräser eine sehr große Eingriffslänge des Fräsers mit dem zu arbeitcden Werkstück aufgebaut. Zwischen der Schnittkante der einzelnen Zähne und dem Werkstück tritt ein relativ hoher Druck auf, der zu einem erhöhten Verschleiß führt. Der bekannte Walzenfräser muß also in kürzeren Zeitabständen nachgeschärft werden, wobei die Brustflächen der Zähne geschliffen werden müssen, um den Verschleißbereich abzubauen. Dadurch wird die Breite der Zahnzwischcnräume vergrößert und die Umfangserstreckung der Zähne entsprechend verkleinert. Bei jedem Nachschärfgang muß eine erhebliche Materialmenge abgetragen werden. Durch die große Eingriffslänge ist einerseits eine verhältnismäßig hohe Antriebsleistung erforderlich und wi,d andererseits die Standzeit des bekannten Walzenfräsers verkleinert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Walzenfräser der vorstehend genannten Art zu schaffen, der eine geringere Antriebsleitung bedarf und eine erhöhte Standzeit besitzt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schrägfläche eines jeden Zackens gegenüber der Achse des Fräsers unter einem Winkel von 5 bis 10° geneigt ist.

Der Neigungswinkelbereich der Schrägfläche eines jeden Zackens weicht stark von dem bekannten Schrägflächenneigungswinkel von 30' ab. Bei dem erfindungsgemäßen Walzenfräser wird also die Erniedrigung der erforderlichen Antriebsleistung nicht durch eine Änderung der Schnittiefe, sondern durch eine Änderung des Schrägflächenneigungswinkels erzielt.

Der erfindungsgemäße Walzenträger weist eine wesentlich längere Standzeit zwischen den einzelnen Nachschärfgängen auf. Im Vergleich zu dem bekannten Walzenfräser ist bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug ein wesentlich geringerer Materialabtrag erforderlich; der geringere Materialabtrag führt dazu, d;iß sich der Werkzeugdurchmesser infolge der Nachschärfgänge nicht so schnell verringert, wie dies bei dem bekannten Walzenfräser der Fall ist.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Schrägfläche gegenüber der Achse des Walzenfräsers unter einem Winkel von etwa 5° geneigt ist.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Wab.enfräsers,

Fig.? eine Endansicht des Fräsers bei der Bearbeitung eines Werkstücks,

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

Fig.4 eine schematische Abwicklung der Schnittkanten,

F i g. 5 eine perspektivische Teilansicht, die die Verbindungsstelle zwischen zwei abgestuften Zacken zeigt,

F i g. 6 einen Schnitt des Fräswerkzeugs zur Darstellung des Schärfvorgangs der Schnittkanten,

F i g. 7 die durch die abgestufte Zahnform des Fräswerkzeuges erzielte Bearbeitungsfläche,

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

F i g. 9 eine Endansicht des in F i g. ei gezeigten Planfräsers.

Bei dem in den F i g. 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 raufweist. 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 F i g. 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).

Jeder Zahn ist mit mehreren abgestuften Zacken a, b, c, d, e und /"versehen. Die Schnittkante des Zahnes 16 wird somit durch Schnittkantenabschnitte 16a bis 16/ gebildet und die Zähne 18, 20 und 22 haben in entspre-

chender Weise abgestufte Schnittkanten 18a bis \8f, 20a bis 20/bzw. 22a bis 22f. Wie die F i g. 1 und 4 am deutlichsten zeigen, sind die abgestuften Zacken a bis / schraubengangförmig auf dem Umfang des Fräsers angeordnet. Bei einem Fräser mit vier Zähnen ist somit jeder abgestufte Zacken a im Sinne dtr F i g. l nach links gegenüber dem unmittelbar vorhergehenden abgestuften Zacken in Axialrichtung um eine Strecke / versetzt, die einem Viertel der Länge jeder abgestuften Schnittkante entspricht

Aus der vergrößerten Darstellung des abgestuften Zackens 16a gemäß F i g. 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 F i g. 1 nach links mit einem entsprechenden Steigungswinkel vorgeschoben wird, wobei das Formwerkzeug während seines axialen Vorschubs auch in Radialrichtung nach innen vorgeschoben wird, um an den Mantelflächen jedes abgestuften Zackens die erwünschte, in F i g. b mit ρ bezeichnete radiale Hinterschneidung herzustellen. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden erzielt, wenn die geradlinigen Schnittkanten jedes abgestuften Zackens bezüglich der Achse des Fräsers mit einem Winkel von etwa 5 bis 10°, vorzugsweise näher an 5'-'. und die Schultern 30 gegenüber der Senkrechten unter einem Winkel von etwa 30° geneigt 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 F i g. 4 zeigt, bilden somit sämtliche Zacken des Fräsers gemeinsam eine Schraubenlinie, deren Neigungswinkel y (gemäß Fig. 4) bezüglich der Achse des Fräsers beträchtlich größer als der Neigungswinkel ν 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 eine Vielzahl Heiner, 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 Lange des Zackens 16a aufweist, wobei die Dicke des Spans von der Drehgeschwindigkeit des Fräsers 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 ³A der Breite des durch die Schnittkante 16,-? 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 F i g. 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. F i g. 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. F i g. 6), vermag der Fräser 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 Zakkcnform ergibt die seitliche und die radiale Hinterschneidung jedes Zackens eine weitgehend vollkommene scherspanende Schnittwirkung über die volle Länge jedes Zahnes. Die durch den Fräser gemäß Fi g. 4 erzielte Oberfläche ist in F i g. 7 und in vergrößerter Form in F i g. 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 Fräsers auf seinem Außenumfang vorhandenen Zähne und vom Steigungswinkel der abgestuften Zacken ab. Es wird eine glattere Schnittfläche erhalten, wenn der Neigungswinkel K der schraubenförmig angeordneten, abgestuften Zacken erhöht wird (d. h. die Ganghöhe bei einem Fräser gleichen Durchmessers verkleinert wird) und die Zähnezahl des Fräsers vergrößert wird. So wurde beispielsweise bei einem Außendurchmesser des Fräsers bis zu etwa 25 mm mit vier Zähnen und einer Ganghöhe von 3 mm je Schraubenwindung ein ausgezeichnetes Bearbeitungsergebnis erzielt. Mit zunehmendem Durchmesser des Fräsers sollte auch die Zähnezahl zunehmen. In entsprechender Weise kann mit zunehmemder Zähnezahl auch die Ganghöhe jeder Schraubengangwindung erhöht werden, um an jedem Zacken eine gute seitliche Hinterschneidung zu erhalten. Ein Fräser mit einem Außendurchmesser 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 abgestufte, Zacken (durch den die Ganghöhe für einen betrachteten Außendurchmesser festgelegt wird) kann je nach der erwünschten Oberflächengüte des Werkstücks beträchtlich sehwanken. Wenn der Winkel y abnimmt, so daß die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Zacken bei einem Fräser mit gleichem Durchmesser und der gleichen Zähnezahl (einem Fräser mit einer größeren Ganghöhe) in Axiallichtung weiter voneinander entfernt sind, wird eine gröbere Bcarbeitungsfläche erhalten. Die Ganghöhe sollte jedoch in jedem Fall so groß sein, daß an jedem der aufeinanderfolgenden Zahnzacken die erwünschte seitliche Hinterschneidung erzielt wird. Die Läi.ge jedes abgestuften Zackens a. b. c d, e und fist somit gleich der Ganghöhe jeder .Schraubenlinienwindung.

Im Hinblick auf eine Standardisierung können Fräser mit einem Durchmesser bis zu etwa 37 mm eine Ganghöhe von 3 mm 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" gehallen wird, wird eine sehr starke Zahnform erhalten, die bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten starke Schnitte durchzuführen vermag. Die Radialtiefe ist nicht größer als etwa '/ίο der Axiallänge jedes Zackens.

Bei dem in den F i g. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Planfräser, der im wesentlichen gleich wie der in F i g. 1 gezeigte Fräser ausgebildet ist, abgesehen davon, daß der Fräser gemäß den Fig.8 und 9 nicht in Axialrichlung in das Werkstück eingeschoben werden kann. Der Fräser gemäß den Fig.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 hinterschnitten wie die abgestuften Zacken a bis / gemäß F i g. 1. Der Neigungswinkel der durch die abgestuften Zacken gebildeten Schraubenlinie des Planfräsers gemäß den F i g. 8 und 9 ist etwa gleich groß wie der Neigungswinkel der durch die abgestuften Zacken gemäß F i g. 1 gebildeten Schraubenlinie. Da jedoch der Planfräser gemäfe den F i g. 8 und 9 einen beträchlieh größeren Durchmesser als der Fräser gemäß den F i g. 1 bis 7 hat und an Stelle von vier Zähnen sechzehn Zähne aufweist, ist die Ganghöhe je Schraubenlinienwindung vorzugsweise geringfügig größer als bei dem Fräser gemäß den F i g. 1 bis 7.

ίο 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 !4 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Walzenfräser mit Zähnen in Form von Schraubenlinien, bei dem die durch die Schneidkante und die Hinterkante begrenzten äußeren gekrümmten Umfangsflächen der Zähne in mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende nebeneinanderliegende Radialzacken unterteilt sind, derart, daß die Schneidkante eines jeden Zahnes sägezahnartig ausgebildet ist, wobei jeder Zacken durch eine gegenüber der Achse geneigte und in Umfangsrichtung gekrümmte Schrägfläche und eine gegensinnig zur Schrägfläche stärker gegenüber der Achse geneigte Radialschulter begrenzt ist, wobei sich die Schrägfläche und die Schulter jeweils in einem außenliegenden Scheitel schneiden und alle Scheitel an den Schnittkanten den gleichen Radialabstand von der Achse des Fräsers aufweisen, bei dem die gekrümmten Schrägflächen von der Schnittkante jedes Zahnes bis zur Hinterkante zunehmend in radialer Richtung nach innen laufen und die Schultern von der Schnittkante bis zur Hinterkante zunehmend in axialer Richtung nach innen laufen, bei dem der Abstand von in axialer Richtung benachbarten Scheiteln größer ist als die Zackenhöhe, und bei dem die Schulter gegenüber einer Radialebene einen Neigungswinkel von 30° aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche (27; 27a bis 27/; eines jeden Zackens (25; 25.? bis 25/; 16a bis 16/: 18a bis 18/; 20a bis 20f, 22a bis 22/? gegenüber der Achse des Fräsers unter einem Winke! von 5 bis 10° geneigt ist.