DE3532258A1

DE3532258A1 - Schaftfraeser

Info

Publication number: DE3532258A1
Application number: DE19853532258
Authority: DE
Inventors: David L Deller
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1984-08-13
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1987-03-12
Also published as: GB8521844D0; US4560308A; GB2179881A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf rotierende Schneidwerkzeuge und insbesondere auf die als Schaftfräser bekannte Gruppe von Werkzeugen.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Anwendung in aus Schnellstahl hergestellten Fräsern, die zum Abtragen von Metall verwendet werden; sie wird in diesem Zusammenhang beschrieben. Es wird jedoch zu erkennen sein, daß die Erfindung ein breiteres Anwendungsgebiet hat und auch bei aus anderen Materialien hergestellten Schneidwerkzeugen angewendet werden kann, die für andere Arten von Schneid- oder Materialabtragungsvorgängen verwendet werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Fräser, insbesondere einen Stirn- oder Schaftfräser, zu schaffen, mit dem mit hoher Geschwindigkeit beträchtliche Materialmengen abgetragen werden können, während gleichzeitig auf dem Werkstück eine verhältnismäßig glatte Oberfläche zurückbleibt. Außerdem soll erreicht werden, daß für den Antrieb des Werkzeugs eine geringe Energie erforderlich ist, wobei auch eine verbesserte Lebensdauer des Werkzeugs angestrebt wird.

Um diese Ziele zu erreichen, wurden beim Stand der Technik verschiedenartige Schneidkantenformen und -ausführungen versucht. Diese Ausführungen enthielten "gezahnte" und intermittierende Kanten und/oder "spanbrechende" Nuten in den Stirnflächen der Schneidkanten oder im Körper des Fräsers.

Die derzeit erfolgreichsten Ausführungen machen von Schneidkanten Gebrauch, die einen gewellten oder sinusförmigen Verlauf haben. Fräser dieser Ausführung sind beispielsweise in den US-PSen 18 40 852, 31 33 339, 37 75 819 und 42 12 568 beschrieben. Bei den in diesen Patentschriften beschriebenen Fräsern sind die Schneidkanten sinusförmig ausgestaltet, wobei die Sinuskurve jeder nachfolgenden Schneidkante gegenüber der vorhergehenden Kante geringfügig versetzt ist.

Durch die Anwendung dieses Schneidkantenverlaufs werden die Spanbildung und die Spanentfernung erleichtert. Wenn die gesamte sinusförmige Kante in gleichmäßigem Abstand von der Mittelachse des Fräsers liegt (d. h. daß keine radialen Höhenunterschiede längs der Schneidkante vorhanden sind), dann wird außerdem auf dem Werkstück eine verhältnismäßig glatte Oberfläche erzeugt.

Die Erfindung ergibt eine wesentliche Verbesserung der Schneidwirkung und der Lebensdauer bei Werkzeugen der oben geschilderten Art. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Werkzeug mit einem allgemein sinusförmigen Kantenverlauf geschaffen, wobei die Weiterbildung darin besteht, daß die Kante mit abwechselnden Abschnitten mit positiver und negativer radialer Neigung ausgebildet wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung liegen die Abschnitte der Kante mit negativer radialer Neigung an den Erhebungen oder Spitzen des sinusförmigen Kantenverlaufs.

Durch die Veränderung der radialen Neigung von einer positiven Neigung zu einer negativen Neigung in der geschilderten Weise werden überlegende Spanbrecheigenschaften erzielt, was eine höhere Produktivität und/oder eine längere Werkzeugstandzeit bei hervorragender Werkstückoberfläche erzielt. Die Ausführung erzeugt Späne mit unterschiedlicher Dicke, was ein Brechen der Späne in kleinere, leichter handzuhabende Stückchen erleichtert.

Bei den in der beschriebenen Weise ausgeführten Kanten scheinen eine geringere Belastung der Schneidkanten und eine Reduzierung der Werkzeugabnutzung vorzuliegen. Außerdem scheint die erforderliche Antriebsenergie für das Werkzeug geringer als bei unter gleichen Bedingungen bisher eingesetzten Werkzeugen zu sein.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ausgebildeten Schaftfräsers,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht längs der Linie 3-3 von Fig. 2 (wobei die Ansicht so projiziert worden ist, daß die Kante so erscheint, wie sie auf dem Schneidzylinder erscheinen würde),

Fig. 4 eine Abwicklung des Schneidendabschnitts des Werkzeugs zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen aufeinanderfolgenden Schneidkanten und

Fig. 5 und 6 vergrößerte Schnitte längs der Linien 5-5 bzw. 6-6 von Fig. 3.

Wie erwähnt, ist in der Zeichnung zur Erläuterung der Erfindung lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt, das die Erfindung nicht einschränken soll. Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung eines rotierenden, spanabhebenden Werkzeugs 10 mit einem länglichen, allgemein zylindrischen Körper, der einen Schaft 12 und einen Schneidabschnitt 14 aufweist. Das Werkzeug 10 ist ein Werkzeug des Typs, das allgemein als Schaftfräser bezeichnet wird, und das das Abtragen oder Schneiden von Metall dadurch ausführt, daß es um seine zentrale Längsachse 16 rotiert, während eine Translationsbewegung relativ zum Werkstück in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Richtung durchgeführt wird. Das Werkzeug könnte zwar im wesentlichen jede Anzahl von Span-Nuten aufweisen, jedoch ist es hier mit vier, allgemein parallelen und schraubenlinienförmig verlaufenden Nuten 18 dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Span-Nuten 18 mit gleichmäßigen Abständen um den Körper, und sie erstrecken sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Schneidabschnitts 14.

Die Verbindungsstellen zwischen den Span-Nuten 18 und der Außenfläche des Körpers bilden vier Schneidkanten 20. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Schneidkanten 20 kontinuierlich über ihre gesamte Länge, und alle Abschnitte der Schneidkanten liegen in konstantem radialen Abstand von der Längsachse 16. Dies ist am besten in Fig. 2 zu erkennen. Wie aus den Fig. 5 und 6 am deutlichsten hervorgeht, sind die Span-Nuten hinter jeder Schneidkante freigelegt, so daß ein relativ schmaler Rand 22 zurückbleibt, der sich längs jeder Schneidkante 20 erstreckt. Darüber hinaus ist jeder Rand vorzugsweise mit einem Freiwinkel "a" im Bereich von 2° bis 20° versehen.

Aus Fig. 4 geht hervor, daß jede Schneidkante 20 vorzugsweise eine Folge von Erhebungen 24 aufweist, die durch Vertiefungen 26 voneinander getrennt sind. Die Erhebungen und Vertiefungen liegen in relativ gleichmäßigem Abstand voneinander und bilden kontinuierliche Schneidkanten mit allgemein sinusförmigem Verlauf. Wie zu erkennen ist, können die Formen der Erhebungen und Vertiefungen innerhalb des Rahmens der Erfindung variieren; sie müssen keine tatsächliche oder regelmäßige Sinusform definieren. Kontinuierlich verlaufende Kanten werden zwar bevorzugt, doch wird angenommen, daß gute Resultate auch mit einigen regelmäßigen oder sogar unregelmäßig im Abstand liegenden Unstetigkeitsstellen erzielt werden können.

Bei der bevorzugten Ausführung sind die Sinuskurven in aufeinanderfolgenden Schneidkanten 20 in Längsrichtung geringfügig gegeneinander versetzt, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Auf diese Weise bieten die Schneidkanten in jeder Querebene dem Werkstück einen sich konstant verändernden Angriffswinkel dar.

Die bisher beschriebenen Beziehungen sind bekannt und beispielsweise in den oben erwähnten US-Patentschriften dargestellt. Die Vorteile des sinusförmigen Kantenverlaufs und seine Fähigkeiten, einzelne, leicht handzuhabende Späne zu bilden, sind gut dokumentiert. Typischerweise ist beim Stand der Technik versucht worden, die Schneidwirkung dieser Fräser zu verbessern, indem die Schneidfläche der Schneidkanten mit einer konstanten, ziemlich hohen positiven radialen Neigung versehen wurde. Für den Zweck der hier vorliegenden Beschreibung und entsprechend der allgemein üblichen Terminologie auf diesem Gebiet der Technik wird die radiale Neigung als positiv betrachtet, wenn die Schneidkantenfläche 21 der Schneidkante 20 in Drehrichtung nachfolgt (s. Fig. 6), während sie als negativ betrachtet wird, wenn sie der Schneidkante vorangeht (s. Fig. 5). Das Ausmaß der positiven oder negativen Neigung wird durch den eingeschlossenen Winkel festgelegt, der zwischen einer Radiuslinie durch einen Punkt an der Schneidkante und einer Tangente zur Neigungsfläche gebildet ist, die in einer Diametralebene liegt und durch den gleichen Punkt an der Schneidkante verläuft.

Es hat sich gezeigt, daß gemäß der Erfindung eine verbesserte Schneidwirkung, Spanbildung und Werkzeuglebensdauer erzielt werden können, indem von dem akzeptierten Standard der positiven radialen Neigung abgegangen wird und der radiale Neigungswinkel längs der Schneidkante zwischen positiven und negativen Werten variiert wird. Wie die Fig. 3, 5 und 6 zeigen, weisen die Schneidkanten des Werkzeugs nach der Erfindung abwechselnde, regelmäßige im Abstand liegende Abschnitte mit positiver und negativer radialer Neigung auf. In der bevorzugten Ausführung liegen die Abschnitte mit negativer Neigung bei den Erhebungen der Wellenform, und die Abschnitte mit positiver Neigung liegen bei den Vertiefungen. Die Erstreckung der negativ geneigten Abschnitte kann variieren, jedoch haben sie vorzugsweise eine Länge im Bereich von 0,76 bis 2,54 mm.

Es ist zu erkennen, daß die relativen Abstände und die Größenbeziehungen der Sinuskurvenform abhängig von einer Vielzahl von Faktoren variieren können (beispielsweise abhängig vom zu schneidenden Material, vom Werkzeugdurchmesser und dergleichen); für allgemeine Zwecke werden jedoch die folgenden Werte als geeignet angesehen:

Periode der Kurvenform: größer als 0,2 mal dem Werkzeugdurchmesser

Amplitude der Kurvenform: weniger als 0,2 mal dem Werkzeugdurchmesser

Neigungswinkel - positive Abschnitte: 0° bis 25° positiv

negative Abschnitte: 1° bis 6° negativ.

In der obigen Beschreibung ist eine bevorzugte Ausführungsform in ihren Einzelheiten erläutert worden. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung werden sich zweifellos Modifikationen und Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsform ergeben, doch sollen diese zur Erfindung gehören, sofern sie im Rahmen der Ansprüche liegen.

Claims

1. Schaftfräser mit einem länglichen, allgemein zylindrischen Körper mit einer Mittelachse, einem Schaft und einem Schneidende, das mehrere, allgemein schraubenförmig verlaufende Schneidkanten aufweist, die in gleichmäßigem radialem Abstand von der Mittelachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schneidkanten eine allgemein sinusförmige Gestalt hat und eine Schneidfläche mit abwechselnden Abschnitten mit positiver und negativer radialer Neigung aufweist.

2. Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schneidkante eine kontinuierliche, allgemein sinusförmige Gestalt mit abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen hat.

3. Schaftfräser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte mit negativer radialer Neigung bei den Erhebungen und die Abschnitte mit positiver radialer Neigung bei den Vertiefungen des sinusförmigen Verlaufs liegen.

4. Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schneidkanten einen allgemein sinusförmigen Verlauf mit abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen haben, wobei die Abschnitte mit negativer radialer Neigung allgemein bei den Erhebungen und die Abschnitte mit positiver radialer Neigung bei den Vertiefungen liegen.

5. Schaftfräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative radiale Neigung im Bereich zwischen 0° und 7° liegt und die positive radiale Neigung im Bereich zwischen 0° und 20° liegt.

6. Schaftfräser mit einem länglichen, allgemein zylindrischen Körper mit einer Mittelachse, einem Schaft und einem Schneidende mit wenigstens einer schraubenlinienförmig verlaufenden Schneidkante, von der im wesentlichen alle Bereiche in einem gleichmäßigen radialen Abstand von der Mittelachse liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante abwechselnde, im Abstand voneinander liegende Bereiche mit positiver und negativer radialer Neigung hat.

7. Schaftfräser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante aus abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen besteht.

8. Schaftfräser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte mit negativer radialer Neigung bei den Erhebungen liegen.

9. Schaftfräser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen und Vertiefungen eine allgemein sinusförmige Gestalt haben.

10. Schaftfräser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der im Bereich von 30 bis 70% des Durchmessers des Körpers liegt.

11. Schaftfräser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsabstand zwischen den Erhebungen und Vertiefungen im Bereich von 1 bis 20% des Durchmessers des Körpers liegt.