DE4303757A1 - Schneidwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug insbesondere für Fräsmaschinen.

In der Fräsindustrie gibt es verschiedene Arten von Schneidwerkzeugen aus Metall, die für eine Verwendung an Fräsmaschinen angepaßt werden können, um Teile mit einer speziellen Kontur zu formen.

Mit den derzeit erhältlichen Schneidwerkzeugen ist eine hohe Oberflächenqualität nur erreichbar, wenn die Schneid­ werkzeuge mit einer verringerten Drehzahl gedreht werden. Zusätzlich können mit den derzeit erhältlichen Schneidwerk­ zeugen keine tiefen Flächen gefräst werden, da das Schneid­ werkzeug nach oben gezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Schneidwerk­ zeug zu schaffen, mit dem hohe Arbeitsdrehzahlen möglich sind, ohne daß die Endqualität des gefrästen Teils beein­ trächtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schneidwerk­ zeug mit einem länglichen Körper gelöst, der einen an einer Fräs- oder Holzbearbeitungsmaschine befestigbaren Schaft und einen Kopfabschnitt aufweist, der mit mehreren Schneid­ kanten versehen ist, die ein Schneiden in virtuell jeder Richtung ermöglichen. Der Kopfabschnitt weist vorzugsweise einen Steg und zwei Spannuten auf, die durch den Bereich gebildet werden, der zwischen einer ersten und einer zwei­ ten Wand liegt, die zueinander senkrecht sind. Die erste Wand divergiert von dem Steg aus in einem Winkel von unge­ fähr 10° bezüglich der Mittellängsachse nach hinten. Diese erste Wand endet an der Außenfläche des Schneidwerkzeugs und schafft eine erste Schneidkante mit einem vorderen Schneidabschnitt und einem hinteren Schneidabschnitt. Der vordere Schneidabschnitt ist gekrümmt und hat einen Radius, der sich von dem Steg aus zu einem axialen Schneidabschnitt erstreckt. Der axiale Schneidabschnitt erstreckt sich nach hinten und konvergiert in Richtung der Längsachse in einem Winkel von ungefähr 10°. Die Außenfläche des Kopfabschnitts verjüngt sich radial nach innen und bildet angrenzend an den Schaft eine Halsfläche. Die hinteren Abschnitte der ersten und der zweiten Wand sind zur Bildung einer hinteren Schneidkante in die Halsfläche geschnitten.

Mit dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug lassen sich insbesondere bei der Fräs- oder Holzbearbeitung glatte Oberflächen mit hohen Drehzahlen erreichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug sowohl nach oben und nach unten als auch seitlich gefräst werden kann. Da mit einem einzigen Schneidwerkzeug ein Fräsen entlang der x -, y- und z-Achse möglich ist, sind die Brachzeiten der Maschine zum Wechseln von Fräsköpfen gering.

Außerdem werden Späne schnell von der gefrästen Fläche entfernt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausfüh­ rungsform eines Schneidwerkzeugs;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Schneidwerkzeugs von Fig. 1;

Fig. 3 eine Stirnansicht des Schneidwerkzeugs von Fig. 1;

Fig. 4 den Schnitt 4-4 von Fig. 2;

Fig. 5 den Schnitt 5-5 von Fig. 2;

Fig. 6 eine Seitenansicht des Schneidwerkzeugs von Fig. 1, die verschiedene Schneidkanten zeigt, die an einem Werkstück angreifen;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Schneidwerkzeugs.

Das in Fig. 1 gezeigte Schneidwerkzeug 10 weist einen Schaft 12 auf, der an einer Maschine (nicht gezeigt) befe­ stigbar ist, die das Schneidwerkzeug dreht. Ein Kopfab­ schnitt 14 weist eine erste und eine zweite symmetrische Spannut 42 auf, die an dem vorderen Ende des Schneidwerk­ zeugs konvergieren. Die Spannuten 42 bilden Bereiche, die zwischen einer ersten und einer zweiten senkrechten Wand 32 bzw. 34 liegen. Die erste Wand 32 endet an der Außenfläche 30, wodurch sie eine erste Schneidkante 22 bildet. Die auf beiden symmetrischen Hälften des Kopfabschnitts angeord­ neten ersten Schneidkanten 22 stoßen an der Spitze zusammen und bilden einen schmalen Steg 48. Die Mittellängsachse 18 erstreckt sich durch den Mittelpunkt des Stegs 48 hindurch.

Diese erste Wand 32, die relativ flach ist, divergiert von dem Steg 48 aus nach hinten in einem Winkel von ungefähr 10° relativ zu der Mittellängsachse. Die zweite Wand 34 weist eine erste dreieckig geformte Fläche 36 und eine zweite Fläche 40 auf, die sich von der ersten dreieckigen Fläche aus nach unten erstreckt. Eine erste Ecke 38 der dreieckig geformten Fläche 36 konvergiert an dem Steg 48. Das hintere Ende 44 der zweiten Fläche 40 ist von der Mittellängsachse 18 weg nach außen gekrümmt, um die Entfer­ nung von Spänen zu unterstützen.

Die erste Schneidkante 22 weist einen vorderen Schneid­ abschnitt 23 und einen axialen Schneidabschnitt 24 auf. Der vordere Schneidabschnitt 23 wird von einem Bogen gebildet, der einen vorgegebenen Radius besitzt, der sich von dem Steg 48 aus nach unten zu einem axialen Schneidabschnitt 24 erstreckt. Der vordere Schneidabschnitt 23 ist außerdem mit einer Lippe 26 versehen, die von der Mittellängsachse 18 aus in einem Winkel von ungefähr 10° nach hinten diver­ giert. Die Breite jeder Lippe 26 beträgt insgesamt ungefähr 5% des maximalen Außendurchmessers des Kopfabschnitts. Der axiale Schneidabschnitt 24 erstreckt sich von dem vorderen Schneidabschnitt 23 aus nach hinten und konvergiert in Richtung der Längsachse 18 in einem Winkel von ungefähr 10°.

Das Schneidwerkzeug 10 ist außerdem mit einem Freiwinkel­ abschnitt 50 versehen, der sich hinter der Lippe 26 an­ grenzend an diese befindet. Dieser Freiwinkelabschnitt 50 ist für eine Spanabfuhr wichtig. Obwohl bei der ersten Ausführungsform mehrere Freiwinkelflächen gezeigt sind, kann auch eine einzelne Freiwinkelfläche verwendet werden, um die Abfuhr von Spänen weiter zu unterstützen, ist die äußere, nicht schneidende Fläche 52, die an der Stelle vorgesehen ist, an der die zweite Wand 34 mit der Außen­ fläche 30 endet, bezüglich der ersten Schneidkante 22 radial nach innen hinterarbeitet. Diese radiale Hinter­ arbeitung der Fläche 30 ist wichtig, um einen Zustand zu verhindern, der in der Industrie als "Rattern" bekannt ist.

Wie es in den Fig. 2 und 6 deutlich gezeigt ist, ist die Ausführungsform von Fig. 1 außerdem mit einer Halsfläche 16 versehen, die entlang der Längsseite des Schneidwerkzeugs dort angeordnet ist, wo die Außenfläche 30 des Kopfab­ schnitts 14 angrenzend an den Schaft 12 radial nach innen verjüngt. Die hinteren Abschnitte der ersten und zweiten Wände 46 bzw. 44 sind in die Halsfläche geschnitten, um hintere Schneidkanten 54 zu bilden. Durch diese hinteren Schneidkanten 44 kann das Schneidwerkzeug das Werkstück spanend bearbeiten, wenn das Werkzeug nach oben geführt wird. Diese Halsfläche 16 verjüngt sich vorzugsweise in einem Winkel von ungefähr 45° bezüglich der Mittellängs­ achse 18 nach innen.

Wie es in Fig. 3 zu sehen ist, befindet sich der dünne Steg 48 an der Stelle, an der die Lippen 26 und die Ecken 38 der dreiecksförmigen Oberfläche 36 zusammenkommen. Es ist wesentlich, daß der Steg 48 relativ schmal ist, damit eine verbesserte Oberflächengüte erreicht wird. Die erste drei­ ecksförmige Fläche 36 divergiert von der Mittellängsachse aus in einem Winkel von ungefähr 30° nach hinten, damit ein zusätzlicher Spanraum an der Oberseite der ersten Wände 32 möglich ist. Die zweite Fläche 40 der zweiten Wände 34 divergiert von der Mittellängsachse in einem Winkel von ungefähr 10° nach hinten. Die gebrochenen Linien stellen die ersten inneren Wände 32 dar und demonstrieren außerdem, daß die ersten inneren Wände 32 in einem Winkel von unge­ fähr 10° bezüglich der Mittellängsachse nach hinten diver­ gieren.

In den Fig. 4 und 5 ist zu sehen, daß die Breite der ersten inneren Wände 32 und die Breite der zweiten inneren Wände 34 in Längsrichtung des Kopfabschnitts 14 zu dem vorderen Ende hin ansteigt bzw. sich verringert.

Wie es in Fig. 6 zu sehen ist, beginnt die Zerspanung anfänglich dann, wenn der Steg 48 an dem Werkstück 56 angreift. Der Bereich der Zerspanung wird größer, wenn das vordere Ende des Schneidwerkzeugs 10 nach unten bewegt wird, bis das Schneidwerkzeug bis zu seinem maximalen Durchmesser eingeführt ist. Das Schneidwerkzeug 10 kann seitlich über die Oberfläche des Werkstücks gedreht werden, um den Zerspanungsbereich weiter zu vergrößern. Sowohl der vordere Schneidabschnitt 23 als auch der axiale Schneid­ abschnitt 24 greifen an dem Werkstück 56 an, wenn die Zerspanung seitlich in einer Tiefe durchgeführt wird, die unterhalb des Punktes liegt, an dem der vordere Schneid­ abschnitt 23 und der axiale Schneidabschnitt 24 zusammen­ kommen. Anders als mit den bekannten Schneidwerkzeugen ist es durch die in den Fig. 1, 2 und 6 gezeigte Ausführungs­ form außerdem möglich, entlang der hinteren Schneidkante 54 zu zerspanen, wenn das Schneidwerkzeug 10 nach oben gegen eine Fläche 58 des Werkstücks 56 bewegt wird. Außerdem ist es durch die Geometrie des Schneidwerkzeugs 10 möglich, entlang einer diagonalen Ebene zu zerspanen.

Die in Fig. 7 gezeigte zweite Ausführungsform des Schneid­ werkzeugs entspricht im wesentlichen der in den Fig. 1, 2 und 6 gezeigten ersten Ausführungsform, außer daß die in den Fig. 1, 2 und 6 gezeigte hintere Schneidkante nicht vorgesehen ist. Bei der Ausführungsform von Fig. 7 haben der Schaft 112 und der Kopfabschnitt 114 im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser, obwohl ähnliche Durchmesser nicht wesentlich sind. Auch hier ist die nicht schneidende Kante 152 bezüglich der ersten Schneidkante 122 mit einer radialen Hinterarbeitung versehen.

Die Länge und der Durchmesser des erfindungsgemäßen Kopf­ abschnitts kann etwas verändert werden, ohne die erfindungs­ gemäßen geometrischen Eintrittswinkel zu verändern. Erfin­ dungsgemäße Schneidwerkzeuge, die bezüglich des Durchmes­ sers eine größere Länge aufweisen, werden typischerweise zum Stirnfräsen verwendet. Schneidwerkzeuge, deren Länge bezüglich des Außendurchmessers geringer ist, können für die Bearbeitung von tiefen Hohlräumen verwendet werden, wie z. B. beim Gesenkfräsen.

Die erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge sind insgesamt aus gehärtetem Stahl, wie z. B. M2 Hochgeschwindigkeitsstahl hergestellt, und können mit einem Beschichtungsmaterial, wie z. B. Titannitrid ausgebildet werden, durch das das Schneidwerkzeug mit noch härteren Schneidkanten versehen wird. Durch die einzigartige erfindungsgemäße Geometrie können Fräsbearbeitungen bei sehr hohen Drehzahlen durch­ geführt werden, während eine exzellente Oberflächengüte erreicht wird. Bei Testläufen mit einem Schneidwerkzeug mit 2,54 cm Durchmesser, die auf einem flachen legierten Werk­ stück mit ungefähr 4% A1 und 96% Zn durchgeführt wurden, zeigte sich, daß der Vorschub der erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge bei einer Drehzahl von 8000 Umdrehungen pro Minute ungefähr 10 m pro Minute entlang einer geraden Linie in einer Tiefe von ungefähr 7,5 cm betragen kann.

Claims (11)

1. Schneidwerkzeug, gekennzeichnet durch

• - einen länglichen Werkzeugkörper mit einem an einer Dreheinrichtung befestigbaren Schaft (12) und einem Kopfabschnitt (14), der mehrere Schneidkanten (22, 54) und eine Mittellängsachse (18) aufweist,
• - einen Steg (48) an dem vorderen Ende des Kopfab­ schnitts (14) und
• - eine Spannut (42), die durch einen Bereich gebildet wird, der sich zwischen einer ersten und einer zweiten Wand (32 bzw. 34) befindet, die zueinander senkrecht sind, wobei die erste Wand sich von dem Steg (48) aus in einem Winkel von ungefähr 10° bezüglich der Mittel­ längsachse (18) nach hinten erstreckt und zur Bildung einer ersten Schneidkante (22) mit einem vorderen Schneidabschnitt (23) und einem axialen Schneid­ abschnitt (24) an der Außenfläche (30) endet, der vor­ dere Schneidabschnitt (23) von einer Krümmung mit einem vorgegebenen Radius gebildet wird, der sich von dem Steg (48) aus zu dem axialen Schneidabschnitt (24) erstreckt, sich der axiale Schneidabschnitt (24) nach hinten erstreckt und in Richtung der Längsachse (18) in einem Winkel von ungefähr 10° bezüglich der Mittel­ längsachse (18) konvergiert und die zweite Wand (34) in einer äußeren, nicht schneidenden Fläche (32) endet, die bezüglich der Schneidkante (22) der ersten Wand (32) radial nach innen hinterarbeitet ist.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Außenfläche (30) des Kopfabschnitts (14) radial nach innen verjüngt und an­ grenzend an den Schaft (12) eine Halsfläche (16) bildet und daß zur Bildung einer hinteren Schneidkante (54) hintere Abschnitte (44, 46) der ersten und zweiten Wand (32 bzw. 34) in die Hälsfläche (16) geschnitten sind, wobei durch die hintere Schneidkante (54) eine Zerspa­ nung möglich ist, wenn das Schneidwerkzeug nach oben geführt wird.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine zweite Spannut (42) symme­ trisch zur ersten Spannut (42) vorgesehen ist.

4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vordere Schneidabschnitt (23) mit einer Lippe (26) versehen ist, die von der Mittel­ längsachse (18) aus nach hinten divergiert.

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lippe (26) in einem Winkel von ungefähr 10° bezüglich der Mittellängsachse (18) diver­ giert.

6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Freiwinkelabschnitt (50) hinter der Lippe (26) vorgesehen ist, wobei der Freiwin­ kelabschnitt (50) von ihr aus hinterarbeitet ist.

7. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wand (34) außerdem eine erste (36) und eine zwei­ te, dreiecksförmige Fläche (40) umfaßt, die eine Ecke (38) aufweist, die in den Steg (48) übergeht, wobei die erste Fläche (36) nach hinten und radial in einem Winkel von ungefähr 30° bezüglich der Mittellängsachse (18) nach außen divergiert.

8. Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Fläche (40) der zwei­ ten Wand (34) nach hinten und in einem Winkel von unge­ fähr 10° bezüglich der Mittelachse (18) der Drehung ra­ dial nach außen divergiert.

9. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die Hals­ fläche (16) in einem Winkel von ungefähr 45° bezüglich der Mittellängsachse (18) radial nach innen verjüngt.

10. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß es aus gehärtetem Stahl besteht.

11. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfabschnitt (14) mit Titannitrid beschichtet ist.