DE4303757C2

DE4303757C2 - Fräswerkzeug

Info

Publication number: DE4303757C2
Application number: DE4303757A
Authority: DE
Inventors: William Steven Kish
Original assignee: Budd Co
Current assignee: ThyssenKrupp Budd Co
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: US5209612A; JPH068029A; CA2087302A1; MX9300793A; DE4303757A1; CA2087302C; EP0562342A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug mit einem länglichen Werkzeugkörper, der einen an einer Fräsmaschinenspindel befestigbaren Schaft und einen Kopfabschnitt umfaßt, der wenigstens eine Spannut aufweist, die von einer ebenen ersten Wand und einer ebenen zweiten Wand gebildet wird, die im Winkel zueinander angeordnet sind, wobei die erste Wand mit der Außenumfangsfläche des Kopfabschnitts eine Schneidkante mit einem vorderen gekrümmten Schneidkantenabschnitt und einem axialen hinteren Schneidkantenabschnitt bildet und nach hinten in einem Winkel von ungefähr 10° bezüglich der Mittellängsachse des Kopfabschnitts zum Schaft hin divergiert, und wobei die äußere nicht schneidende Kante, die an der Stelle gebildet ist, an der die zweite Wand an der Außenfläche endet, bezüglich der Schneidkante radial nach innen hinterarbeitet ist, zur Bildung eines Freiflächenabschnittes.

Aus dem "Stock Fräserhandbuch", 2. Auflage, Springer Verlag Berlin, Seite 124, Abb. 102d, ist ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug bekannt, dessen axialer hinterer Schneidkantenabschnitt einen konstanten Durchmesser aufweist. Der axiale hintere Schneidkantenabschnitt weiterer, aus dieser Druckschrift bekannter Fräswerkzeuge liegt auf der Mantelfläche eines gedachten, koaxial zur Mittellängsachse ausgerichteten Kegels, dessen Kegelspitze dem Schaft abgewandt ist. Diese Ausbildung der bekannten Fräswerkzeuge bringt es mit sich, daß der axiale Schneidkantenabschnitt auch dann beansprucht wird, wenn das Fräswerkzeug nach vorne bewegt wird. Die hierdurch verursachten Kräfte verringern die Arbeitsdrehzahlen und führen zu einem unnötigen Verschleiß des axialen hinteren Schneidkantenabschnitts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fräswerkzeug mit langer Lebensdauer zu schaffen, mit dem hohe Arbeitsdrehzahlen möglich sind, ohne daß die Endqualität des gefrästen Teils beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der axiale hintere Schneidkantenabschnitt auf der Mantelfläche eines gedachten, koaxial zur Mittellängsachse ausgerichteten Kegels liegt, dessen Kegelspitze dem Schaft zugewandt ist.

Da sich der Abstand des axialen hinteren Schneidkantenabschnitts zur Längsmittellinie des Fräswerkzeugs von vorne nach hinten verringert, wirkt der axiale hintere Schneidkantenabschnitt nur beim seitlichen Fräsen, wohingegen bei einer Bewegung des Fräswerkzeugs nach vorne in Längsrichtung nur der Kopfabschnitt fräst. Hierdurch sind beim Fräsen in Kopfrichtung höhere Arbeitsdrehzahlen möglich. Außerdem ist der Verschleiß des axialen hinteren Schneidkantenabschnitts gering.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich die Außenfläche des Kopfabschnitts zur Bildung einer an den Schaft angrenzenden Halsfläche radial nach innen, wobei zur Bildung wenigstens einer hintersten Schneidkante hinterste Abschnitte der ersten Wand und der zweiten Wand in die Halsfläche geschnitten sind.

Mit diesem Fräswerkzeug kann sowohl nach vorne als auch seitlich und nach hinten gefräst werden. 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 Ausführungsform eines Fräswerkzeugs,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Fräswerkzeugs von Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Fräswerkzeugs 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 Fräswerkzeugs von Fig. 1, die verschiedene Schneidkanten zeigt, die an einem Werkstück angreifen,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Fräswerkzeugs.

Das in Fig. 1 gezeigte Fräswerkzeug 10 weist einen Schaft 12 auf, der an einer Maschine (nicht gezeigt) befestigbar ist, die das Fräswerkzeug 10 dreht. Ein Kopfabschnitt 14 weist eine erste und eine zweite symmetrische Spannut 42 auf, die an dem vorderen Ende des Fräswerkzeugs 10 konvergieren. Die Spannuten 42 bilden Bereiche, die zwischen einer ersten und einer zweiten 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 14 angeordneten 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 ebene Wand 32 divergiert von dem Steg 48 aus nach hinten in einem Winkel von ungefähr 10° relativ zu der Mittellängsachse 18. Die zweite Wand 34 weist eine erste dreieckig geformte Fläche 36 und eine zweite Fläche 40 auf, die sich von der ersten dreieckigen Fläche 36 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 Entfernung von Spänen zu unterstützen.

Die erste Schneidkante 22 weist einen vorderen Schneidkantenabschnitt 23 und einen axialen hinteren Schneidkantenabschnitt 24 auf. Der vordere Schneidkantenabschnitt 23 wird von einem Bogen gebildet, der einen vorgegebenen Radius besitzt, der sich von dem Steg 48 aus nach unten zu dem axialen hinteren Schneidkantenabschnitt 24 erstreckt. Der vordere Schneidkantenabschnitt 23 ist außerdem mit einer Lippe 26 versehen, die von der Mittellängsachse 18 aus in einem Winkel von ungefähr 10° nach hinten divergiert. Die Breite jeder Lippe 26 beträgt insgesamt ungefähr 5% des maximalen Außendurchmessers des Kopfabschnitts 14. Der axiale hintere Schneidkantenabschnitt 24 erstreckt sich von dem vorderen Schneidkantenabschnitt 23 aus nach hinten und konvergiert in Richtung der Längsachse 18 in einem Winkel von ungefähr 10°.

Das Fräswerkzeug 10 ist außerdem mit einem Freiwinkelabschnitt 50 versehen, der sich hinter der Lippe 26 angrenzend 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 Kante 52, die an der Stelle gebildet ist, an der die zweite Wand 34 an der Außenfläche 30 endet, bezüglich der ersten Schneidkante 22 radial nach innen hinterarbeitet, zur Bildung eines Freiflächenabschnittes. Diese radiale Hinterarbeitung ist wichtig, um ein Rattern zu verhindern.

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 Fräswerkzeugs 10 dort angeordnet ist, wo die Außenfläche 30 des Kopfabschnitts 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 16 geschnitten, um hinterste Schneidkanten 54 zu bilden. Durch diese hintersten Schneidkanten 44 kann das Fräswerkzeug das Werkstück spanend bearbeiten, wenn das Werkzeug nach oben geführt wird. Die Halsfläche 16 verjüngt sich vorzugsweise in einem Winkel von ungefähr 45° bezüglich der Mittellängsachse 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 dreiecksförmige Fläche 36 divergiert von der Mittellängsachse 18 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 18 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 ungefähr 10° bezüglich der Mittellängsachse 18 nach hinten divergieren.

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 Fräswerkzeugs 10 nach unten bewegt wird, bis das Fräswerkzeug 10 bis zu seinem maximalen Durchmesser eingeführt ist. Das Fräswerkzeug 10 kann seitlich über die Oberfläche des Werkstücks gedreht werden, um den Zerspanungsbereich weiter zu vergrößern. Sowohl der vordere Schneidkantenabschnitt 23 als auch der axiale hintere Schneidkantenabschnitt 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 Schneidkantenabschnitt 23 und der axiale hintere Schneidkantenabschnitt 24 zusammenkommen. Anders als mit den bekannten Fräswerkzeugen ist es durch die in den Fig. 1, 2 und 6 gezeigte Ausführungsform außerdem möglich, entlang der hintersten Schneidkante 54 zu zerspanen, wenn das Fräswerkzeug 10 nach oben gegen eine Fläche 58 des Werkstücks 56 bewegt wird. Außerdem ist es durch die Geometrie des Fräswerkzeugs 10 möglich, entlang einer diagonalen Ebene zu zerspanen.

Die in Fig. 7 gezeigte zweite Ausführungsform des Fräswerkzeugs 10 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 hinterste 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 Kopfabschnitts kann etwas verändert werden, ohne die erfindungsgemäßen geometrischen Eintrittswinkel zu verändern. Erfindungsgemäße Fräswerkzeuge, die bezüglich des Durchmessers eine größere Länge aufweisen, werden typischerweise zum Stirnfräsen verwendet. Fräswerkzeuge, deren Länge bezüglich des Außendurchmessers geringer ist, können für die Bearbeitung von tiefen Hohlräumen verwendet werden, wie z. B. beim Gesenkfräsen.

Die erfindungsgemäßen Fräswerkzeuge 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 Fräswerkzeug mit noch härteren Schneidkanten versehen wird. Durch die einzigartige erfindungsgemäße Geometrie können Fräsbearbeitungen bei sehr hohen Drehzahlen durchgeführt werden, während eine exzellente Oberflächengüte erreicht wird. Bei Testläufen mit einem Fräswerkzeug mit 2,54 cm Durchmesser, die auf einem flachen legierten Werkstück mit ungefähr 4% Al und 96% Zn durchgeführt wurden, zeigte sich, daß der Vorschub der erfindungsgemäßen Fräswerkzeuge 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

1. Fräswerkzeug mit einem länglichen Werkzeugkörper, der

- einen an einer Fräsmaschinenspindel befestigbaren Schaft (12) und
- einen Kopfabschnitt (14) umfaßt, der wenigstens eine Spannut (42) aufweist, die von einer ebenen ersten Wand (32) und einer ebenen zweiten Wand (34) gebildet wird, die im Winkel zueinander angeordnet sind,
wobei
- die erste Wand (32) mit der Außenumfangsfläche (30) des Kopfabschnitts (14) eine Schneidkante (22) mit einem vorderen gekrümmten Schneidkantenabschnitt (23) und einem axialen hinteren Schneidkantenabschnitt (24) bildet und nach hinten in einem Winkel von ungefähr 10° bezüglich der Mittellängsachse (18) des Kopfabschnitts (14) zum Schaft (12) hin divergiert, und
- die äußere nicht schneidende Kante (52), die an der Stelle gebildet ist, an der die zweite Wand (34) an der Außenfläche (30) endet, bezüglich der Schneidkante (22) radial nach innen hinterarbeitet ist, zur Bildung eines Freiflächenabschnittes,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der axiale hintere Schneidkantenabschnitt (24) auf der Mantelfläche eines gedachten, koaxial zur Mittellängsachse (18) ausgerichteten Kegels liegt, dessen Kegelspitze dem Schaft (12) zugewandt ist, und dessen Kegelwinkel ungefähr 20° beträgt.

2. Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Außenfläche (30) des Kopfabschnitts (14) zur Bildung einer an den Schaft (12) angrenzenden Halsfläche (16) radial nach innen verjüngt und daß zur Bildung wenigstens einer hintersten Schneidkante (54) hinterste Abschnitte der ersten Wand (32) und der zweiten Wand (34) in die Halsfläche (16) geschnitten sind.