DE4440480C2 - Fräsbohrwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fräsbohrwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Werkzeuge sind beispielsweise durch die DE 38 10 884 C1, DE 39 39 423 A1 und DE 43 42 544 A1 bekannt, wobei das Werkzeug drehangetrieben im Zirkularfräsbohrverfahren ins volle Material mit fortlaufender Z-Achs-Zustellung bewegt wird. Dabei ist das Werkzeug mit kernloch­ erzeugenden Stirn- u. inneren u. äußeren Flankenschneiden und falls ein Gewinde erzeugt werden soll mit gewindegängeerzeugenden Umfangs­ schneiden ausgestattet. Falls eine Passung erzeugt werden soll, sind die äußeren Umfangsschneiden in eine Schrupp- u. Schlichtschneide aufgeteilt.

Aus der US 1.407.837 ist ein Walzenfräser bekannt, wobei dort in Fig. 22 eine Anordnung der gewindeerzeugenden Schneiden in Kreuzform (8 + 9) entnommen werden kann, doch sind diese mit ganz gleichmäßigen Abstand über die Fräserumfangsfläche verteilt, zum andern kann mit diesem Werkzeug kein Innengewinde ins volle Material erstellt werden.

Bei Werkzeugen, welche zur Erzeugung von Innengewinden bestimmt sind, besteht ein weiteres Problem darin, daß sich jeweils nur ein gewinde­ erzeugender Zahn an die kernlocherzeugende Umfangsschneide anschließt, wodurch einmal die Arbeitsgeschwindigkeit eines solchen Werkzeugs von den gewindeerzeugenden Zähnen bestimmt wird, da einmal im Gewinde­ herstellungsbereich die weiteste Umfangsstrecke zu erzeugen ist und zum andern die zu erzeugende Ausnehmung auf das Endprodukt Gewinde gerichtet ist und vor allem kann mit so einem gefertigten Werkzeug nicht die erwartete Gewindequalität erzeugt werden, wie dies eigentlich durch den Zirkularfräsbohrvorgang (vergleichbar einem Gewindewirbeln ins volle Material) möglich wäre.

Diese schlechte Gewindequalität ist auf die Anordnung der gewindeerzeugen­ den Schneiden zurückzuführen. Da ein Gewinde meist auf eine Tiefe von 2 + D gefertigt wird, ist es auch hier notwendig, die kernloch- u. auch die gewinde­ erzeugenden Schneiden in Wendelform auszubilden, um den Schneiden­ widerstand soweit wie möglich zu reduzieren und um dadurch auch die Stand­ zeit der Schneiden erhöhen zu können. Dabei ist der Schneidenwiderstand gerade bei der Erzeugung von einem Gewinde verhältnismäßig groß, da ja die Späne in Keilform abgetragen werden müssen. Durch diese Maßnahme (Drallrichtung) wird das Gewinde auf der beim Einfügen einer Schraube zum Tragen kommenden Gewindeflanken in nicht ausreichender Gewindequalität erzeugt.

Ferner entsteht durch den negativen Schneidvorgang bei der Erzeugung dieser Gewindeflankenseiten ein großer seitlicher Widerstand auf den Werkzeugschaft, was sich natürlich auch nachteilig auf die Standzeit der gesamten zum Einsatz kommenden Schneiden auswirkt. Um diesen Schneidendruck zu reduzieren und dadurch die Arbeitsgeschwindigkeit solcher Werkzeuge erhöhen zu können, hat man gemäß EP 0432 621 A2 und DE 38 28 780 C2 versucht, dies durch die Anbringung von jeweils zwei Gewindevorschneidenzähnen zu lösen.

Diese zusätzliche Anbringung von Gewindevorschneidenzähnen kann zur Lösung dieser Probleme nicht viel beitragen, einmal wird der Werkzeugschaft durch diese zusätzlichen Schneiden um diesen benötigten Platz länger und dadurch instabiler, zum andern verlängert sich die Fertigungszeit von Gewinden um die zusätzlichen Vorschneidenzähne; auch werden dadurch die kernlocherzeugen­ den Schneiden durch die erforderlichen zusätzlichen Umläufe schneller stumpf und es wird durch die zwei eingebrachten Gewindevorschneidenzähne der Kernlochvorlauf wesentlich erhöht, was zur Folge hat, daß diese dann so gefertigten Werkzeuge in manchen Anwendungsfällen, wie dies bei Sacklochgewinden häufig der Fall ist, nicht mehr eingesetzt werden können. Vor allem können diese zusätzlichen Gewindevorschneidenzähne nichts wesent­ liches zur Verbesserung der Gewindequalität beitragen.

Aus der bereits eingangs erwähnten DE 39 39 423 A1 ist ein Werkzeug bekannt, welches zur Lösung dieser hier aufgeführten Probleme wesentlich beitragen könnte. Leider ist die Herstellung eines aus mehreren Teilen bestehenden Werkzeugs aus technischen Gründen nicht möglich.

Bei den äußeren Umfangsschneiden liegt ein Problem darin, falls mit diesen Schneiden eine Passung ins volle Material erzeugt werden soll, daß diese Schneiden meist ein größeres Längenmaß aufweisen, wodurch bei diesem geplanten Zirkularfräsbohreinsatz dieser Schneidenbereich unnötig vorzeitig abgestumpft wird. Diese Nachteile ergeben sich einmal dadurch, daß bei diesem geplanten Fräsbohrvorgang, wobei das Werkzeug drehangetrieben in Zirkularbewegung mit fortlaufender Z-Achszustellung ins volle Material bewegt wird, und dabei die äußeren Umfangsschneiden nur in diesem Z-Achszustell­ maß pro Umrundung zum Schneideingriff kommen, wodurch dann die über diesen Schneideneingriffsmaß vorhandene Umfangsschneidenlänge keinen Spanabtrag mehr erbringen und dadurch durch den immer wiederholten Kontakt mit der bereits erstellten Umfangswandung vorzeitig abgenutzt werden (gleich stumpf werden) und somit für ihren geplanten Schlichteinsatz nicht mehr voll zur Verfügung stehen.

Ein weiteres Problem liegt darin, daß der Kühlmittelzufuhrkanal, welcher ja von kleinsten Durchmesser der inneren Flankenschneiden bestimmt ist, zu klein ist um ausreichend Kühl- bzw. Spülmittel für den Abtransport der anfallenden Kommaspäne hindurchführen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fräsbohrwerkzeuge der eingangs erwähnten Bauart mit entsprechenden Schneidengeometrien zu schaffen, welche auf einfache Weise erstellt werden können und wobei alle Schneiden nur in positiven Schneideingriff kommen und der Kernlochvorlauf bei einem Sacklochgewinde nur relativ kurz ist, ferner die Gewinde in höchster Qualität erzeugt werden sowie eine Passung ins volle Material erzeugt werden kann, bei ausreichender Kühlmittelzufuhr zu den Schneiden.

Diese Aufgabe wird durch ein Fräsbohrwerkzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Um das Problem der gewindeerzeugenden Schneiden betreffs Gewindequalität und positiven Schneideingriff aller zum Fräseinsatz kommenden Schneiden lösen zu können und zugleich den Kernlochvorlauf so kurz wie möglich zu halten, wird vorgeschlagen, auf die zusätzlichen gewindeerzeugenden Vorschneiden zu verzichten bzw. zumindest teilweise zu verzichten und die Erzeugung der Gewindeflanken auf eine größtmögliche Anzahl (gleich zwei gewindeerzeugende Schneiden pro Kernlochumfangsschneide) von gewindeerzeugenden Schneiden zu verteilen. Dabei können einmal diese Schneiden parallel zur Werkzeugachse angebracht sein bzw. auch in Drallrichtung gefertigt sein, aber um eine den höchsten Ansprüchen entsprechendes Gewinde erzeugen zu können, und zugleich den Schneidenwiderstand bei der Erzeugung von Gewinden best­ möglich zu senken, ist weiterhin vorgeschlagen, die gewindeerzeugenden Schneidenzähne abwechselnd in der Drallrichtung (gleich Kreuzverzahnung) anzubringen, wodurch erreicht wird, daß die jeweils zum Schneidenangriff kommende Flankenschneide immer nur positiv schneidet. Dabei können die gewählten Drallstellungen aus Fertigungsgründen mit den Drallstellungen der kernlocherzeugenden Schneiden bei den sich an die kernlocherzeugendend Flankenschneiden anschließenden Gewindezähne identisch sein bzw. könnten sie auch eine andere Drallrichtung aufweisen. Die dann in Gegendrallrichtung angebrachten gewindeerzeugenden Flankenschneiden können mit gleicher Drallstärke gebildet sein, aber auch eine andere Drallstärke aufweisen. Vor allem könnte eine eingebrachte Hohlkehle im Stirnschneidenbereich oder eine stark positive Winkelstellung zur Fräserachse, v. a. bei parallel zur Fräserachse angebrachten gewindeerzeugenden Schneiden den radialen Schneidenwider­ stand in Verbindung durch die Reduzierung der abzutragenden Spanstärke, welcher ja durch die Erhöhung der gewindeerzeugenden Schneiden wesentlich (gleich um 50%) reduziert ist, diesen Schneidenwiderstand erheblich reduzieren und die Gewindequalität entsprechend verbessern sowie die Arbeits­ geschwindigkeit erhöhen.

Da das Gewinde jeweils paarweise von jeweils einem in der einen Richtung und einem in der anderen Richtung (Kreuzverzahnung) erzeugt wird, ist es möglich, den Vorlauf der kernlocherzeugenden Schneiden auf ein kleines Maß zu begrenzen und trotzdem einen ausreichenden Platz für die Spankammer für die Abfuhr der anfallenden Späne der kernlocherzeugenden Schneiden zur Verfügung zu haben. Unter Inkaufnahme eines geringfügig größeren Kernloch­ vorlaufes können diese gewindeerzeugenden Zähne auch mit jeweils gleichem Abstand angebracht sein, da dann die Spankammer außerhalb des Bereichs der gewindeerzeugenden Schneiden liegen.

Desweiteren ist vorgeschlagen, sollte dieser hier aufgeführte Lösungsvorschlag bei manchen Werkstoffen nicht den erwarteten Erfolg betreff der Gewindequalität erbringen, dann nur einen in seiner Form verkleinerten Zahn als Vorschneide­ zahn der gewindeerzeugenden Schneiden vorzuschalten.

Dabei könnten diese Vorschneidenzähne einmal in Drallform angebracht sein, da ja diese Schneiden das Gewinde nur vorschneiden würden zum andern, falls er parallel zur Fräserachse verläuft, dann im stark positiven Schneidenwinkel zu dieser gefertigt ist, um dadurch wiederum den Schneidenwiderstand zu reduzieren.

Um das Problem der vorzeitigen Abnützung der Umfangsschneiden welche bei der Erzeugung von Passungen die Schlichtfunktion übernehmen solle zu lösen, ist vorgeschlagen, auch hier diese teilweise in der DE 43 42 544 A1 beinhaltete Schneidengeometrie zu verwenden. Dabei stehen auch hier die Schlicht­ schneiden geringfügig über die zum Schruppeinsatz kommenden Schneiden vor, wodurch dann diese Schlichtschneiden auch beim Schruppvorgang bereits einen Späneabtrag an der durch die Schruppschneiden erstellten Umfangs­ wandung erbringen.

Zum andern sind auch hier die Umfangsschneidenlängen (Schrupp- u. Schlicht­ schneiden) auf etwa das jeweils zur Anwendung kommende Z-Achszustellmaß pro Umrundung durch Querschneiden begrenzt. Dabei berechnet sich dieses Maß ab Fase bzw. Querschneide. Dadurch kann bei der Erzeugung von Ausnehmungen oder Passungen, soweit diese nur eine geringe Tiefe im Verhältnis zum Schaftdurchmesser aufweisen müssen, gleich ins volle Material in einem Arbeitsgang erstellt werden.

Um das Problem der ausreichenden Hindurchführung von Kühl- bzw. Spülmittel für die anfallenden Späne zu lösen, wird vorgeschlagen, die Kühlmittelbohrung im Werkzeugschaft so groß wie möglich zu fertigen und diese abgestuft bis zu den inneren Flankenschneiden auf ein ca. doppeltes Durchmessermaß als der innere Flankenschneidendurchmesser dies erlaubt zu fertigen, wodurch auch bedingt dadurch, daß dann auch zwischen Zahnreihen Spülmittel austreten kann, sich der Durchfluß um das ca. 4fache erhöht.

Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Gewindefräsbohrwerkzeuges;

Fig. 2 zeigt ein Gewindefräsbohrwerkzeug im Teilschnitt A-A mit integriertem Fertigungswerkzeug;

Fig. 3 zeigt ein Gewindefräsbohrwerkzeug in der Draufsicht in unterschiedlicher Ausführung von gewindeerzeugenden Schneiden;

Fig. 4 zeigt ein Gewindefräswerkzeug in der Seitenansicht mit Gewindeflanken in Kreuzverzahnung;

Fig. 5 zeigt eine Profilscheibe in der Draufsicht;

Fig. 6 zeigt ein Werkzeug zum Passungsfräsbohren ins volle Material;

Fig. 7 zeigt ein weiteres Werkzeug zum Passungsfräsbohren ins volle Material, welches mit einem größeren Z-Achs-Zustellmaß pro Umlauf zum Einsatz kommt;

Fig. 8 zeigt ein Werkzeug zum Gewindefräsen mit Vorschneidenzähnen.

Die in den Fig. 1-6 gezeigten Werkzeuge (3) sind durch eine Profilwerkzeugschleifscheibe (1), gezeigt in Fig. 5, hergestellt. Dabei weist diese Scheibe im Umfangsbereich eine Schräge von 40 Grad (2) auf und ferner ist die Scheibe in ihrem Durchmessermaß (25) und in ihrer Wandstärke (26) mit dem Durchmessermaß des zu beabsichtigten Fertigung des jeweiligen Werkzeuges abgestimmt, ferner ist, um einen ausreichend großen Spanraum (9a) erzeugen zu können, diese Scheibe nochmals abgesetzt (29). Dieses Verhältnis ist bei diesem Beispiel aus den Zeichnungen in Fig. 2 und 5 zu entnehmen, v. a. ist der Eingriff der Scheibe (1) beim Fertigungsvorgang aus der in Fig. 2 integrierten Lage dieser Scheibe zu entnehmen. Bei diesem Fertigungsvorgang werden in einem Arbeitsgang in nur einer Winkelstellung des Werkzeuges zum erzeugenden Werkzeug alle in diesem Schneidenbereich nötigen Schneiden erstellt und auch bereits teilweise hinterschnitten. Bei diesem Beispiel ist das zur Fertigung vorgesehene Werkzeug (3) in einer Gradzahl von 30 Grad zur Werkzeugachse beim Fertigungsvorgang geschwenkt, dabei ist diese Schenkung mit der Schräge der zum Einsatz kommenden Formschneide nicht gleich. Es wird dadurch die innere Flankenschneide (4) fast parallel zur Werkzeugachse (5) erzeugt.

Die äußere Flankenschneide (6) und die innere Flankenschneide (4a) wird mit einer Gradzahl von ca. 30 Grad zur Werkzeugachse erstellt. Sofern die Schlichtschneiden (6b) für ein Werkzeug erzeugt werden sollen, welches mit einem größeren Z-Achs-Zustellmaß pro Umlauf zum Fräseinsatz kommen soll, werden diese fast parallel zur Werkzeugachse erzeugt. Falls gewinde­ erzeugende Schneiden (8) oder Vorschneidenzähne (37) zu fertigen sind, werden diese fast parallel zur Werkzeugachse erstellt und v. a. werden diese so erzeugten Schneiden gleich in einem positiven Winkel (40) zur Werkzeugachse (5) erstellt.

Dabei werden die inneren Flankenschneiden gleich hinterschliffen (9 + 9a) und zugleich wird eine Hohlkehle (10) in der Stirnschneide (11) erzeugt, wobei ferner, falls der nötige Hinterschliff (12) mit einer Formschneide geschieht, diese Stirnschneide in Verbindung der bereits erzeugten Hohlkehle in zwei eigenständige Stirnschneiden (11a + 11b) erzeugt. Dabei könnten bei diesem Hinterschliffvorgang die dadurch entstehenden äußere Stirnschneiden (11a) gleich in ihren äußeren Schneidenbereich mit einem Radius oder Fase ver­ sehen werden, falls die Formschleifscheibe dahingehend geformt ist. Falls das Werkzeug (3) zur Erzeugung von Gewinden eingesetzt werden soll, ist vorgesehen, daß die Erstellung der Gewindeausnehmungen auf mindestens der Verdoppelung der zum Einsatz kommenden gewindeerzeugenden Schneiden (8) erfolgt, wodurch die abzutragende Spanstärke halbiert wird und dadurch v. a. falls noch eine Hohlkehle (20) in diese Schneiden eingebracht ist oder diese Schneiden in einem stark positiven Winkel (40) zur Werkzeugachse angebracht sind, sich einmal die Gewindequalität erheblich verbessert, und zugleich der Schneidenwiderstand bei der Erzeugung von Gewindeaus­ nehmungen erheblich reduziert wird. Sollte bei manchen zu bearbeitenden Materialien keine ausreichende Gewindequalität mit dieser Schneidenanord­ nung (8, 23, 24, 31f + 32) erreicht werden, so ist diesen Schneidenanordnungen ein Vorschneidenzahn (37) vorzuschalten. Das zum Einsatz kommende Profilwerkzeug (1) kann jegliche Profilform (16) aufweisen und ein Radius (17) ist als Übergang von der Stirnfläche (15) zur Profilform (16) vorgesehen, ferner weist die Profilscheibe in einem Abstand (29) zum Umfangsdurchmesser (25) eine größere Wandstärke (34) auf. Der Durchmesser der Kühlmittelbohrung (18) ist ca. 2 mal größer als der kleinste Durchmesser der inneren Flanken­ schneiden (9) dies zuläßt, wobei dieser vergrößerte Durchmesser fast bis zu dem inneren Flankenschneiden (9) reicht, womit auch Spülmittel in diesen Bereich liegende Spänekammer (19) austreten kann. Als weiteres ist noch vorgesehen, daß die gewindeerzeugenden Schneiden (8) auch in Drallrichtung (Schräge) zur Werkzeugachse angebracht sind. Dabei können diese Schneiden (8) mit ihren Stirnschneiden (21-22) in abwechselnder Drallrichtung (23-24) (Kreuzverzahnung) angebracht sein.

Dabei sind diese in Kreuzverzahnung angebrachten gewindeerzeugenden Schneiden (8) in ihrer Umfangsanordnung paarweise (31 zu 34) angebracht, d. h. es ergeben zwei in Kreuzform (23 + 24) angebrachte Schneiden nur eine Gewindeschneideneinheit (32).

Zur Erzeugung von Ausnehmungen und Passungen sind die äußeren Umfangsschneiden (6) in eine Schrupp- u. Schlichtschneide (6a + 6b) aufgeteilt, dabei steht die Schlichtschneide geringfügig (27) über die Schruppschneide vor. Der Übergang von der Stirnschneide (11) zur äußeren Umfangsschneide (6) ist durch eine Fase (28) gebildet. Ferner ist der Übergang von der Schruppschneide (6a) zur Schlichtschneide (6b) durch eine Querschneide (35) und der Übergang der Schlichtschneide (6b) zum Werkzeugschaft (3) ist durch eine Fase (33) gebildet.

Die äußeren Umfangsschneiden (6) sind durch eine Nutausnehmung (38) (Spanbrecher) unterteilt. Diese Nutausnehmung (38) kann auch in den Fasen­ schneiden (28) eingebracht sein, dabei sind diese Nutausnehmungen jeweils versetzt angebracht. Als weiteres sind die Stirnschneiden (11a + 11b) durch eine ebene Fläche (36) abgestumpft.

Die Anzahl der vorhandenen Umfangsschneiden (6) pro Werkzeug kann jede beliebige Zahl aufweisen, um dann diese entsprechende Anzahl fertigen zu können, muß dann die jeweils zum Einsatz kommende Profilscheibe (1) dementsprechend (gleich den hier aufgeführten zu erzeugenden Schneiden­ geometrien) gefertigt sein.

Claims (5)

1. Fräsbohrwerkzeug mit einem Schaft zur Erzeugung von kreisrunden Aus­ nehmunen mit Gewinde ins volle Material, wobei das Werkzeug drehangetrie­ ben und mit einer Kreisbahn um die Ausnehmungsachse umlaufend axial verschiebbar, z. B. auf einer CNC-gesteuerten Werkzeugmaschine geführt wird und mit Stirn- und inneren sowie äußeren Flankenschneiden zur Erzeugung einer Kernlochbohrung sowie radial außen mit gewindeerzeugende Schneiden versehen ist, und wobei im Schaft eine zentrale Kühlmittelbohrung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gewindeerzeugenden Schneiden (8) sich jeweils paarweise (32) an die Flankenschneiden (6) anschließen und die Kühlmittelbohrung (18) größer ist als der kleinste Durchmesser der inneren Flankenschneiden (9) und sich nahezu unmittelbar an diese anschließt.

2. Fräsbohrwerkzeug ist nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die kernlocherzeugenden Flankenschneiden (6) durch eine Querschneide (35) in eine Schruppschneide (6a) und eine Schlichtschneide (6b) aufgeteilt sind, wobei die Länge der Schruppschneide auf ein Zustellungsmaß (Z) durch eine Fase (28) und die Schlichtschneidenlänge durch eine Fase (33) begrenzt sind, wobei die Schlichtschneide geringfügig (27) über die Schruppschneide vorsteht und die Stirnschneiden (11a + 11b) durch eine ebene Schneidenfläche (36) abgestumpft sind.

3. Fräsbohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise (32) angebrachten gewindeerzeugenden Schneiden (8) mit ihren Stirnschneiden (21-22) in abwechselnder Drallrichtung (23 + 24) (Kreuzverzahnung) angebracht sind.

4. Fräsbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur ein Vorschneidenzahn (37) zumindest jeder zweiten gewindeerzeugenden Schneide (8) vorgelagert ist.

5. Fräsbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bei parallel zur Werkzeugachse (5) angebrachte gewindeerzeugende Schneiden (8) eine Hohlkehle (20) eingebracht ist.