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Technisches Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft einen Fräser derjenigen Art, der einen Körper hat, welcher um eine geometrische Mittelachse drehbar ist, mit einer Hülloberfläche, längs welcher mindestens eine Gruppe von tangential im Abstand angeordneten Schneidteilen angeordnet ist, deren jedes eine Spanbildungskante hat, die neben einer Flanke bez. Freifläche gebildet ist, wobei sich die Kante zwischen axial im Abstand angeordneten Enden erstreckt (siehe zum Beispiel
US-A-5,368,418 ).
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Hintergrund der Erfindung
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Bei früher bekannten Fräsern für die Metallbearbeitung haben alle Schneidteile ein und denselben Freiwinkel, der im allgemeinen im Bereich von 7–15° liegt und häufig 10–11° beträgt. Während des praktischen Fräsens ist die Fähigkeit des Werkzeuges, Metall zu entfernen, oft durch die Stabilität des Systemwerkzeuges/Werkstückes/Maschinenwerkzeugs begrenzt. Wenn man mit Wendeschneidwerkzeugen fräst, kann die Stabilität und dadurch auch die Fähigkeit des Werkzeuges, Metall zu entfernen, durch geometrische Optimierung der Span- und Freiflächen der Schneidteile verbessert werden, zum Beispiel durch Wählen optimaler Schneidwinkel. Beim Fräsen von Schultern, zum Beispiel bei Winkeln im Verhältnis zu der Endfläche des Werkzeuges im Bereich von 30–95°, ist es notwendig, daß die axialen, radialen und Schneidkantenwinkel der Schneidteile an den Winkel angepaßt werden, welchen die Schulter haben soll, auch die Linie der Schneidkante wird ausgestaltet, um an die Gestalt der in Rede stehenden Schulter zu passen, die erzeugt werden soll. Die Optimierung der Geometrie der Span- und Freiwinkel der Schneidteile, um Stabilität zu gewinnen und damit eine verbesserte Leistung zum Entfernen, führt jedoch zu der Tatsache, daß nur ein einziger Werkzeugdurchmesser den gewünschten Winkel der Schulter erzeugen kann. Mit anderen Worten kann das einzelne Werkzeug nur mit einem einzigen Durchmesser für jeden Zweck ausgestaltet werden, wenn sowohl das Erfordernis eines bestimmten Winkels der Schulter als auch das Erfordernis einer optimierten Span- und Freigeometrie vom Standpunkt der Stabilität erfüllt werden sollen. Es sei auch bemerkt, daß in der Praxis unstabile Fräswerkzeuge eine mäßige Bearbeitungspräzision bezüglich der Ebenheit der bearbeiteten Oberfläche ergeben. Ein unstabiles, vibrierendes Fräswerkzeug gibt somit Veranlassung zu mindestens kleinen Wellenbildungen auf der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes.
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Aufgaben und Merkmale der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung der oben erwähnten Nachteile bislang gekannter Fräser und die Schaffung eines verbesserten Fräswerkzeuges. Deshalb ist es primäre Aufgabe der Erfindung, ein Fräswerkzeug zu schaffen, welches in der Lage ist, stabil, im wesentlichen vibrationsfrei zu arbeiten und gleichzeitig bearbeitete Oberflächen mit einem hohen Grad an Ebenheit zu erzeugen. Es ist auch Aufgabe, einen Fräser zu schaffen, der bei einem gegebenen Durchmesser zum Beispiel für unterschiedliche Arten von Schultern verwendet werden kann, während gleichzeitig eine gute Bearbeitungspräzision sowie ein stabiler Betrieb beibehalten bleiben.
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Gemäß der Erfindung wird mindestens die erste Aufgabe durch die Merkmale gelöst, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bestimmt sind. Bevorzugte Ausführungsformen des Fräsers gemäß der Erfindung sind ferner in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Kurze Beschreibung der anliegenden Zeichnungen
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In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische Seitenansicht unter Darstellung eines Fräswerkzeuges in der Form eines Fräsers mit langer Kante,
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2 ein Schnitt A-A in 1 unter Darstellung einer einzelnen Gruppe von Schneidteilen, die in dem Werkzeug gemäß 1 eingeschlossen sind, und
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3 eine leicht perspektivisch dargestellte, vergrößerte Endansicht des Fräskörpers selbst, wobei die Schneidteile von zugehörigen Sitzen in dem Fräskörper entfernt wurden.
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Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugszahl 1 allgemein einen Schneidkörper oder eine Hülle, der bzw. die um eine geometrische Mittelachse C drehbar ist. Zusätzlich zu einem hinteren Teil 2 für die Anbringung in einem geeigneten Werkzeughalter weist der Schneidkörper 1 einen vorderen Hauptteil 3 auf, dessen Hüllfläche 4 in dem dargestellten Beispiel eine zylindrische Grundgestalt hat. In diesem Zusammenhang sei jedoch festgestellt, daß der Teil 3 auch eine andere rotationsmäßig symmetrische Grundgestalt haben kann als zylindrisch, zum Beispiel konisch.
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In dem Beispiel besteht das Werkzeug aus einem Fräser mit langer Kante, der bekanntermaßen eine Vielzahl von Reihen axial im Abstand angeordneter Schneideinsatzteile einschließt, die in diesem Fall die Form von abnehmbar angebrachten Schneideinsätzen 5 haben, die gewendet werden können. Die Schneideinsätze in jeder einzelnen Reihe sind in einer schraubenförmigen Ausnehmung aufgenommen, die längs der Hülloberfläche des Schneidkörpers gebildet ist, wobei die Ausnehmung als Spankanal 6 in dem Bereich aufstromig der Schneideinsätze dient. Für jeden einzelnen Schneideinsatz gibt es einen getrennten Sitz 7 (siehe 3). Die Sitze sind derart angeordnet, daß sich die Schneideinsätze im eingebauten Zustand axial einander überlappen, wie man klar in 1 sieht. In der beispielhaften Ausführungsform weist das Werkzeug drei Reihen von Einsätzen auf mit vier einzelnen Schneideinsätzen in jeder Reihe. Somit wirkt in jeder Ebene senkrecht zu der Mittelachse C eine Gruppe von drei Schneideinsätzen 5, 5', 5'' (siehe 2). Diese können entweder exakt in ein und derselben axialen Position in der gemeinsamen Ebene angeordnet sein, oder sie können bezüglich einander in der axialen Richtung etwas versetzt sein, um einander während des Betriebes teilweise zu überlappen.
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Jeder einzelne Schneideinsatz 5 hat eine aktive Schneidkante 8, die zwischen einer Spanfläche 9 und einer Flanke bzw. Freifläche 10 angeordnet ist. Wenn der Schneideinsatz gewendet wird, wie in dem Ausführungsbeispiel, hat derselbe zwei gegenüberliegende, im wesentlichen parallele Kanten 8. In der Praxis kann die einzelne Schneidkante entweder gerade oder leicht schraubenförmig sein, um je nach dem Schneidkantenwinkel der Schneideinsätze der allgemein zylindrischen oder drehmäßig symmetrischen Grundgestaltung des Fräskörpers zu folgen. Der einzelne Schneideinsatz kann mit Vorteil mittels einer Schraube 11 in dem zugehörigen Sitz 7 befestigt sein.
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Wie man in 3 sehen kann, ist der einzelne Sitz 7 hauptsächlich durch eine Bodenoberfläche 12 bestimmt, gegen welche die Bodenseite 13 (2) des Schneideinsatzes drückbar ist, sowie eine Anlagefläche 14, gegen welche eine inaktive Freifläche 5 des Schneideinsatzes gedrückt werden kann, um die radiale Position des Schneideinsatzes relativ zu dem Schneidkörper festzulegen.
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Sofern der Fräser mit langer Kante bislang beschrieben wurde, ist derselbe in allen wesentlichen Punkten bislang bekannt (siehe zum Beispiel
US-5,083,887 ,
US-5,586,843 ,
US-5,882,150 und
US-5,913,644 ).
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Bevor die Erfindung im einzelnen beschrieben wird, sollte betont werden, daß die allgemeine Idee gemäß der Erfindung in keiner Weise nur auf Fräser mit langer Kante beschränkt ist. Deshalb kann die Erfindung auch zum Beispiel auf Fräser mit langer Kante derjenigen Art angewendet werden, bei der nur eine Gruppe von tangential im Abstand angeordneten Schneideinsätzen eingeschlossen ist, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
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Kennzeichnend für die Erfindung ist es, daß die unterschiedlichen Schneideinsätze 5, 5', 5'' der einzelnen Gruppen von Schneideinsätzen unterschiedliche Freiwinkel haben. Genauer hat einer der Schneideinsätze, d. h. der Schneideinsatz 5, einen Freiwinkel α, der größer ist als der Freiwinkel β der anderen Schneideinsätze 5', 5'' derselben Gruppe. Unter Freiwinkel sollte in üblicher Weise derjenige Winkel verstanden werden, der zwischen der Freifläche 10 des einzelnen Schneidkörpers und einer gedachten Tangentenlinie T durch die Schneidkante 8 gebildet wird. Der Winkel α des Schneideinsatzes 5 kann im Bereich von 5–25° liegen und liegt in zweckmäßiger Weise in dem gewöhnlich akzeptierten Bereich von 7–15°. Mit Vorteil kann der in Rede stehende Freiwinkel 10–11° betragen. Der Freiwinkel β der anderen zwei Schneideinsätze 5', 5'' sollte seinerseits im Bereich von 0,5–5° liegen, in zweckmäßiger Weise im Bereich von 1–4° liegen. In der Praxis kann der Freiwinkel β in vorteilhafter Weise 2–3° betragen. In diesem Zusammenhang sei festgestellt, daß die oben beschriebenen Freiwinkel unabhängig davon gelten, ob die Schneideinsätze gerade Schneidkanten und ebene Freiflächen haben oder gekrümmte Schneidkanten und gebogene Freiflächen haben.
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Gemäß der Erfindung ist der Schneideinsatz 5, welcher den größten Freiwinkel α hat, derart angeordnet oder hergestellt, daß der Abstand L zwischen der Schneidkante 8 und der Mittelachse C des Fräserkörpers etwas größer ist als der entsprechende Abstand L1 zwischen der Mittelachse und den Schneidkanten der zwei anderen Schneideinsätze 5', 5'', welche den kleineren Freiwinkel β haben. In der Praxis ist der Unterschied zwischen den Werten L und L1 klein, obwohl er deutlich markiert ist. Genauer sollte der Abstandsunterschied im Bereich von 0,01–0,08 mm liegen, vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,06 mm liegen und etwa 0,05 mm betragen.
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Obwohl es an sich möglich ist, die unterschiedlichen Freiwinkel bzw. die Abstandsunterschiede zwischen den Kanten durch die Herstellung vorzusehen, auf der einen Seite der Fräserkörper mit identisch ausgestalteten und angeordneten Sitzen für den Schneideinsatz und auf der anderen Seite zwei Arten von Schneideinsätzen mit unterschiedlichen Geometrien, ist die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform bevorzugt. In diesem Fall haben alle Schneideinsätze 5, 5', 5'' derselben Gruppe (und auch in derselben Reihe) ein und dieselbe Ausführungsform, d. h. dieselbe Geometrie, während die Sitze 7 eine sich ändernde Ausgestaltung haben. In 3 ist somit veranschaulicht, wie der Sitz 7 für den Schneideinsatz 5 mit dem größeren Freiwinkel α mit einer Bodenfläche 12 gebildet ist, die sich unter einem vergleichsweise flachen Winkel zu einer gedachten radialen Ebene R erstreckt, welche einen gegebenen Punkt längs der Bodenfläche schneidet, während sich gleichzeitig die entsprechende Bodenfläche 12 an den Sitzen 7', 7'' für die Schneideinsätze 5', 5'' unter einem steileren Winkel zu den analogen radialen Ebenen R erstreckt. Ferner ist die Anlagefläche 14 an dem Sitz 7 in einem radialen Abstand von der Mittelachse C des Fräserkörpers angeordnet, welcher größer ist als der radiale Abstand zwischen der Mittelachse und den entsprechenden Anlagerflächen 14 der Sitze 7', 7''. Auf diese Weise wird garantiert, daß die Kante 8 des Schneideinsatzes 5 in einem etwas größeren Abstand von der Mittelachse angeordnet ist als die entsprechenden Kanten der Schneideinsätze 5', 5'', die einen minimalen Freiwinkel haben. Dank der Bodenflächen 12 der Sitze 7', 7'', die sich unter einem steileren Winkel zu der zugehörigen radialen Ebene erstrecken als die Bodenfläche 12 des Sitzes 7, sind die zwei Schneidkörper 5', 5'' beim Montieren in dem Sitz im Vergleich zu dem Schneideinsatz 5 etwas vorwärts angewinkelt und auf diese Weise mit ihren Freiflächen 10 in dem kleineren Freiwinkel β im Verhältnis zu der Tangentenlinie T angeordnet.
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Insofern alle Schneideinsätze eine identische Gestalt haben, sind die Lagerhaltung sowie die Handhabung in Verbindung mit dem notwendigen Wenden bzw. Austauschen der Schneideinsätze in großem Maße begünstigt.
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Funktion und Vorteile der Erfindung
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Wenn die Schneideinsätze bei dem Fräswerkzeug gemäß der Erfindung fräsen, induzieren sie, da sie einen verringerten Freiwinkel haben, eine Dämpfung, wenn sich das Werkzeug im Verhältnis zu der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes wendet, und garantieren dadurch eine Stabilität in dem Werkzeug, während der Schneideinsatz mit dem maximalen Freiwinkel mit einer leichteren Schneidtätigkeit arbeitet, während die notwendige Bearbeitungspräzision garantiert wird. Anders ausgedrückt ist der Schneideinsatz, welcher den maximalen Freiwinkel hat, bezüglich des radialen Winkels, axialen Spanwinkels und des Einstellwinkels so angeordnet, daß seine auf das Werkzeug bezogene Geometrie die gewünschte Endform einer bearbeiteten, ebenen Oberfläche oder Schulter erzeugt. Somit erzeugt der Schneideinsatz, welcher den maximalen Freiwinkel hat, eine wirklich ebene Oberfläche mit einem vorbestimmten Winkel zu der Endfläche des Fräswerkzeuges. Die anderen Schneideinsätze in dem Werkzeug, d. h. die Schneideinsätze mit dem verringerten Freiwinkel, spielen ihrerseits die Rolle, die Erfordernisse für eine optimale Stabilität, d. h. eines vibrationsfreien Betriebes, zu erfüllen, ohne selbst die gewünschte Endpräzision bezüglich der Ebenheit der bearbeiteten Oberfläche zu gewährleisten.
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Mögliche Modifikationen der Erfindung
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Die Erfindung ist nicht nur auf die oben beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt. Deshalb kann, wie oben schon erwähnt wurde, die Erfindung nicht nur in Verbindung mit Fräsern mit langer Kante, sondern auch auf andere Fräswerkzeuge angewendet werden, z. B. quadratische Schulterstirnfräser derjenigen Art, bei denen eine Gruppe von tangential im Abstand angeordneten, radialen Schneideinsätzen eingeschlossen sind. Obwohl die Erfindung beispielhaft in Verbindung mit solchen Fräswerkzeugen beschrieben wurde, welche abnehmbar angebrachte Schneideinsätze aufweisen, insbesondere Wendeschneideinsätze, ist die Erfindung auch auf Werkzeuge anwendbar, welche feste, z. B. eingelötete Schneideinsätze haben. Es ist sogar möglich, in dem geeigneten Fräskörper die erforderlichen Schneidteile, insbesondere spanbildende Kanten, zu bilden, wenn dieser Körper aus einem harten Material, wie zum Beispiel Sinterkarbid, hergestellt ist. Mit anderen Worten sollte der Begriff „Schneidteile”, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen verwendet wird, im weitesten Sinn ausgelegt werden und so betrachtet werden, daß er nicht nur separat hergestellte Schneideinsätze unbeachtlich davon einschließt, ob diese entfernbar angebracht oder fest montiert sind, sondern auch solche Schneidteile, welche in den eigentlichen Fräskörper integriert sind. Wie auch schon oben erwähnt ist, kann die allgemeine Idee nach der Erfindung auch mittels geeignet gebildeter Schneideinsätze zweier unterschiedlicher Arten realisiert werden, die in identisch geformten und angeordneten Sitzen montiert sind. Bei der beispielsweisen Ausführungsform sind nur drei Schneidteile in der Gruppe von in Rede stehender Schneidteile gezeigt. In der Praxis kann die Zahl der Schneidteile jeder Gruppe erheblich größer als nur drei sein. In diesen Fällen kann mehr als ein Schneidteil gebildet sein, welches den größeren Freiwinkel hat, während andere Schneidteile verringerte Freiwinkel haben (zum Beispiel wenn das Werkzeug 10 bis 20 Schneidteile einschließt). In allen Fällen sollte jedoch die Zahl der Schneidteile, welche den maximalen Freiwinkel haben, kleiner sein als die Anzahl von Schneidteilen, welche den verringerten Freiwinkel haben. Im Rahmen der Erfindung ist es sogar möglich, den Fräserkörper mit Schneidteilen auszurüsten, die nicht nur zwei, sondern mehr Freiwinkel unterschiedlicher Größen haben.
