DE4405987C2 - Schaftfräser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaftfräser mit Eckenradius - auch als Kugelfräser bezeichnet - mit einem Durchmesser von weniger als 16 mm, mit einem Schaft und einem Schneidenbereich, der für sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten hart ausgebildet ist, bei dem zwei Schneiden in einer Ebene einander gegenüberliegen, die zusammen mit dem Schaft aus einem Stück gebildet sind und mit einem Belag aus Hartstoff beschichtet sind.

Derartige Kugelfräser bestehen vielfach aus Schnellschneidstahl, aus Hartmetall auf Wolfram-Basis oder auf Titan-Basis und sind aus einem Stück geformt und geschliffen, einschließlich der Schneiden; darüber hinaus kann der Bereich der Schneiden mit Hartmetallschneidplättchen belegt sein. Schließlich sind auch keramische Werkstoffe als Schneidenmate­ rial einsetzbar. Derartige Kugelfräser sind für sehr hohe Schnittge­ schwindigkeiten vorgesehen und sie werden insbesondere für Schlicht­ arbeiten bis zu etwa 0,3 mm Materialabnahme verwendet. Die Durchmes­ ser solcher Kugelfräser liegen vorzugsweise unterhalb von 16 mm, weil bei größeren Durchmessern schon Fräser mit aufgeschraubten oder an­ derweitig befestigten Schneid- oder Wendeplatten verwendet werden können; sie sind demnach mit Fingerfräsern vergleichbar.

Mit derartigen Kugelfräsern werden Werkstücke bearbeitet, die bereits eine vorgearbeitete Kontur aufweisen, wobei sie mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten gefahren werden müssen. Beim Arbeiten mit derartigen Fräsern wird es immer wieder erforderlich, daß der Fräser in die am Werkstück abzuarbeitende Schicht bis auf Schichttiefe ein­ taucht, um dann im seitlichen Vorschub zu arbeiten, beispielsweise um zu schlichten. An ihrer Schneide darf kein Abfallen der Schnittge­ schwindigkeit auf Null erfolgen. Das Abfallen der Schnittgeschwindigkeit auf Null hätte Störungen, etwa ein Brechen der Schneiden oder deren Beläge zur Folge.

Auf flachen Konturen wird bei Kugelfräsern grundsätzlich das Schnei­ denzentrum beansprucht, welches schnittgeschwindigkeitslos fräst. Im Gegensatz dazu darf an der Schneide derartiger Kugelfräser kein Ab­ fallen der Schnittgeschwindigkeit auf Null erfolgen. Der Abfall der Schnittgeschwindigkeit auf Null hätte Störungen, z. B. ein Brechen der harten Beläge, etwa des CBN- oder des PKD-Belags zur Folge. Zur Ver­ meidung der gefährdenden Axialbeanspruchung mit den geschilderten Folgen wird der Kugelfräser mit seinem Schaft unter einem Winkel an der Bearbeitungmaschine eingespannt, so daß während der Bearbeitung des Werkstücks somit nur von der Drehachse entfernteren Bereiche der Schneidkanten in Eingriff stehen.

Aus dem Stand der Technik ist gemäß der Druckschrift 91 12 169 U1 ein Bohr-Fräswerkzeug zur spanenden Bearbeitung von metallischen Werk­ stoffen bekannt, bei dem insbesondere Wendeschneidplatten in Axial­ richtung in einer Ebene versetzt in entsprechenden Taschen eingesetzt sind. Zum Bohren des Bohr-Fräswerkzeuges in ein zu bearbeitendes Werkstück trägt dieses stirnseitig zwei in axialer Richtung schnei­ dende scheibenförmige Stirnschneiden, die gemeinsam beim Bohren das vor der Fräserstirn befindliche Material abtragen.

Die Erfindung geht von einem Kugelfräser aus, dessen Durchmesser we­ niger als 16 mm beträgt, wobei der Schneidenbereich für sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten hart ausgebildet ist. Der Kugelfräser gemäß der vorliegenden Erfindung weist zwei Schneiden auf, die in einer Ebene einander gegenüberliegen, wobei die Schneiden mit einem Hartstoff­ belag beschichtet sind. Ein derartig ausgebildeter Kugelfräser weist eine halbkugelförmige Geometrie auf, wobei die Schneiden in dem Schaft eingeformt sind, so daß Schneiden und Schaft aus einem Stück gebildet sind.

Ausgehend von einem derartigen Kugelfräser, dessen Kopfform kugelför­ mig ist und der insbesondere unter hohen Schnittgeschwindigkeiten ge­ fahren werden muß, tritt das Problem auf, daß beim Arbeiten mit der­ artigen Fräsern, um beispielsweise beim Kopieren immer einen Span aus der Fläche herauszuholen, es immer wieder erforderlich ist, daß der Schaftfräser in die am Werkstück abzuarbeitende Schicht eintaucht. Hinsichtlich der Geometrie eines derartigen Schaftfräsers, bei dem die Schneidenkontur einen kugelartigen Fräskopf aufweist, wird insbe­ sondere das Schneidenzentrum beansprucht. Hierbei nimmt die Umfangs­ geschwindigkeit zur Drehachse hin derart ab, daß in der Drehachse die Schnittgeschwindigkeit gleich Null ist. Dies führt dazu, daß beim Eintauchen in das zu fräsende Material ein geschwindigkeitsloses Fräsen auftritt, mit der Folge, daß die Beläge brechen bzw. abplatzen, so daß der Schaftfräser Schaden nimmt und er dann nicht weiter einge­ setzt werden kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und einen Schaftfräser zu schaffen, der geeignet ist, in Richtung der Z-Achse, also bohrend, wenn auch nur kurzzeitig bzw. in geringen Eintauchtiefen, zu arbeiten wobei dessen Standzeiten wesentlich günstiger ausfallen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Aufgrund dieser Ausbildung ist gewährleistet, daß insbesondere die beschichteten Flächen der Schneiden einer Umfangsgeschwindigkeit unterliegen, da im Mittelbereich des Zentrums eine Einnehmung vorhanden ist, und so mit zuspitzendem Kegel die Umfangsschnittgeschwindigkeit entsprechend der Eindringtiefe des Kegels abnimmt, wobei der sich bildende Kegel bei Bewegung des Kugelfräsers in die X-Richtung abgetragen wird. Hier­ durch ist in vorteilhafter Weise erreicht worden, daß insbesondere die gefährdeten Flächen aus diesem kritischen Bereich herausgehalten werden und auf diese Weise keine Beschädigungen mehr an den beschichteten Flächen des Fräskopfes auftreten können. Weiter wird aufgrund dieser Ausbildung gewährleistet, daß insbesondere die Standzeiten eines derartigen Kugelfräsers wesentlich erhöht werden.

Dabei bleibt beim Bohren aufgrund der im Bereich der Drehachse angeord­ neten Einkerbung das Material im Zen­ trum etwa kegelförmig zunächst stehen. Da die Geschwindigkeiten im Bereich der Drehachse sehr gering sind, ist in diesem Bereich auch der besonders hoch beanspruchbare auf die Schneiden aufgelötete Belag fortgelassen, da er anderenfalls wegen der hier geringen und gegen Null gehenden Geschwindigkeiten in unzulässiger Weise bean­ sprucht und beispielsweise abplatzen würde. Bei seitlichem Vorschub des Kugelfräsers wird dann auch der im Drehzentrum stehen­ gebliebene Kegel abgefräst und zwar von Schneidenbereichen, die außerhalb der Drehachse liegen und damit eine ausreichende Schneidge­ schwindigkeit haben. Vorteilhaft liegt die Einkerbung, vom Scheitel bis zur Drehachse im Bereich von etwa 1 zu 6, bezogen auf den Gesamt­ durchmesser des Fräsers.

Um ein praktisches Beispiel zu nennen, ist bei einem Fräserdurchmes­ ser von 12 mm die Gesamtbreite der Einkerbung von Scheitel zu Scheitel etwa 2 mm breit, während die daran nach außen anschließenden ab­ gerundeten Schneiden einen Radius von je 5 mm haben.

Die Einkerbung kann leicht gebogen ausgebildete Flanken aufweisen, sie kann auch gerade Flanken aufweisen.

Zweckmäßig verläuft die Einkerbung in Form einer Rille oder Kerbe quer zur Ebene der Schneiden. Dadurch ist sie auch nach außen hin göffnet und innerhalb der Einkerbung zerspantes Material kann nach außen hin abfließen.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Kugelfräser in der Seitenansicht;

Fig. 2 einen Kugelfräser in der Seitenansicht gegenüber Fig. 1 um 90° gedreht;

Fig. 3 einen Kugelfräser nach den Fig. 1 und 2 in der Draufsicht;

Fig. 4 einen Kugelfräser in der Seitenansicht in etwas anderer Ausführungsform;

Fig. 5 einen Kugelfräser nach Fig. 4 in der Draufsicht.

Ein Schaftfräser nach den Fig. 1 bis 3 hat einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt, wobei lediglich die einander gegenüberliegenden Schneidkanten 1 und die dahinterliegenden Freiflächen 2 über diesen Querschnitt hinausragen. An seinem Ende weist der Kugelfräser eine Abrundung 3 mit großem Radius auf, der sich der Verlaufkante anpaßt. Im mittleren Bereich zwischen den beiden strich­ punktierten Linien 4 beiderseits der Drehachse 5 befindet sich bei dem Kugelfräser eine Einkerbung 6 mit zwei einander gegenüberliegenden gleich großen geraden Flanken 7. Dies alles liegt im Bereich der Schneidkanten 1, die bis in die Flanken 7 zur Drehachse 5 hin fortge­ führt sind, sowie im Bereich der Freiflächen 2. Am äußeren Ende 8 der Flanken 7 ist aufgrund der Formrundung des Kugelfräsers nach den Außenseiten hin Material nicht mehr vorhanden, so daß die Kerbe oder Rille hier ins Freie ausläuft.

Die in einer radialen Ebene von der Schneidkante 1 nach innen verlau­ fende Fläche 10 ist mit einer Hartstoffschicht belegt. Diese Hartstoff­ schicht ist lediglich bis zu den parallel zur Drehachse 5 im Abstand verlaufenden Linien 4 vorgesehen so daß innerhalb dieser Linien 4 und damit im Bereich der Einkerbung 6 ein Belag nicht vorhanden ist.

In den Fig. 1 und 3 ist die Ausbildung und Lage der Einkerbung 6 deutlich zu erkennen, mit ihrem tiefsten Punkt im Bereich der Dreh­ achse 5 verlaufend. Die Flanken 7 der Einkerbung 6 verlaufen im wesentlichen eben und gerad­ linig bis zum Ende 8 der Flanken 7 in den Bereichen, in denen die äußere Abrundung 3 des Kugelfräsers bis auf den Talscheitel der Ein­ kerbung 6 abgesunken ist. Die Flanken 7 steigen seitlich an bis zu den Scheitelpunkten 9, an denen die Schneidkanten 1 des Kugelfräsers von beiden Seiten her gegeneinander stehend den vordersten Punkt des Kugelfräsers in Achsrichtung erreichen. Dies ist be­ sonders gut in Fig. 2 zu erkennen. Damit wird auch deutlich, daß die­ se vordersten Punkte der Schneidkanten 1 den Bereich um die Einkerbung 6 in verhältnismäßig engem Abstand um die Drehachse 5 vorgezogen be­ arbeiten, so daß nur ein verhältnismäßig geringer Materialkern im Bereich der rotierenden Einkerbung 6 während des Vorschubs in der Drehachse 5, also in Z-Richtung, stehen bleibt, der bei seitlicher Verschiebung des Kugelfräsers dann ebenfalls abge­ arbeitet wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ist der Kugelfräser im wesentlichen gleich geformt mit gleichen Bezugszeichen für gleiche Teile. Hier ist jedoch im Bereich der Schneidkante 1 auf der Seite der Fläche 10 eine sehr flache Nut 11 angeordnet. Auf dieser flachen Nut 11 ist der CBN- oder PKD-Belag aufgebracht. Diese flache Nut 11 erstreckt sich bis zum Scheitelpunkt 9 der Abrundung 3. Dieser Scheitelpunkt 9 fällt zusammmen mit dem Schnittpunkt der Schneidkante 1 im abgerundeten Bereich mit den im Abstand zur Dreh­ achse 5 verlaufenden Abstandslinien 4, die unter einem Abstandsmaß B zu einander parallel verlaufen. Innerhalb dieser Abstandslinie 4 befindet sich eine flache Einkerbung 12, deren tiefste oder Tallinie 13 die Drehachse 5 schneidet und schräg zu den Schneidkanten 1 ver­ läuft, wie das aus Fig. 5 in der Draufsicht zu erkennen ist. Diese Einkerbung 12 läuft aufgrund der Abrundung 3 des Kugelfräsers etwa im Bereich der Abstandslinien 4 aus, die die Verlaufkante gegenüber der Schneidkante 1 begrenzen. Mit dem Pfeil A ist der Abrundungsradius der Abrundungen 3 gekennzeichnet. Der Mittelpunkt der Abrundungen 3 liegt im Schnittpunkt der Abstandslinien 4 mit der Ebene, die den geraden drehachsenparallelen Abschnitt der Schneidkante 1 begrenzt. Die Länge des Pfeils A verhält sich zum Abstandsmaß B der Abstands­ linie 4 von der Drehachse 5, wie etwa 6 : 1. Demgemäß beträgt die Weite der Einkerbung 6 im Verhältnis zum Gesamtdurchmesser ebenfalls etwa 6 : 1.

Claims (3)

1. Schaftfräser mit Eckenradius - auch als Kugelfräser be­ zeichnet - mit einem Durchmesser von weniger als 16 mm, mit einem Schaft und einem Schneidenbereich, der für sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten hart ausgebildet ist, bei dem zwei Schneiden in einer Ebene einander gegenüber­ liegen, die zusammen mit dem Schaft aus einem Stück gebil­ det sind und mit einem Belag aus Hartstoff beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Schneidkante (1) einen Scheitelpunkt (9) aufweist, dessen Abstand zur Drehachse (5) des Schaftfräsers sich wie etwa 1 : 6 zum halben Durch­ messer des Schaftfräsers verhält,
daß jeweils die Schneidkanten (1) von ihrem Scheitelpunkt (9) zur Drehachse (5) des Schaftfräsers hin abfallend ein­ gezogen sind,
derart, daß im mittleren Bereich des Schaftfräsers eine Einkerbung (6, 12) gebildet ist,
wobei die Fläche des Belages (10) sich nur bis zu parallel zur Drehachse (5) verlaufenden Linien (4) er­ streckt, die etwa durch die Scheitelpunkte (9) verlaufen.

2. Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkerbung (6, 12) aus zwei einander gegenüberliegenden und gleich großen, gerade verlaufenden Flanken (7) gebildet ist.

3. Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkerbung (6, 12) leicht gebogen ausgebildete Flanken (7) aufweist.