WO2008052503A1 - Schlicht- /schruppfräser - Google Patents

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Zdenek Vratny
Georg Finger
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Hofmann & Vratny Ohg
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Definitions

  • the invention relates to a finishing / roughing cutter according to the preamble of claim 1.
  • Such cutters usually have a cylindrical tool shank which can be clamped at one, its upper end, into a milling machine. At this tool shank is followed by a milling area, which has a plurality of milling surfaces located in the Ur ⁇ fangscardi of the cutter, each with a milling edge. Each milling surface extends in a helix with an inclined angle with respect to the central axis of the milling cutter toward the other, lower end of the milling cutter and ends there on the face of the milling cutter in a cutting edge located in a plane perpendicular to the central axis of the milling cutter ,
  • the milling surfaces are designed as roughing surfaces with a roughened surface or with a serrated edge, which is usually referred to as toothing. With such roughing cutters, workpieces can first be rough cut.
  • finishing mill milling surfaces usually have no teeth but are smooth; These finishing cutters are used for smoothing the surfaces of a workpiece which are pre-milled, for example by a roughing cutter.
  • Finishing / roughing cutters combine the function of a roughing cutter and a finishing cutter.
  • these milling cutters have a milling surface formed and serve as Simple milling surface, wherein the adjacent milling surface is formed as a roughing milling surface with a toothing.
  • Cutters are usually made from a pressed metal powder which is subsequently sintered.
  • the cutter is therefore very hard, but also very brittle at the same time. At high loads, which are exerted on the cutter, this gets into vibration by these loads, which can definitely lead to the breakage of the milling cutter. Thus, it is necessary to achieve a smooth running of the milling cutter when machining workpieces.
  • finishing / roughing cutters can only be operated at relatively low feed rates when machining workpieces due to the above-mentioned problems.
  • the invention has for its object to provide a sizing / roughing, with a virtually vibration-free quiet running can be achieved. Furthermore, the loads of the milling cutter should be reduced in particular by the configuration of the helically extending milling surfaces.
  • each helical milling surface alternately roughing and sizing areas, which follow each other in the axial direction of the cutter at relatively short intervals.
  • Each finishing area of a milling surface in the axial direction of the milling cutter lies substantially at the same axial height of a roughing area of an adjacent milling area and preferably covers the roughing area of the adjacent milling area or even slightly overlaps the roughing area of the adjacent milling area on both sides.
  • a further improvement in the stability of the milling cutter can be achieved if it is unevenly divided.
  • An uneven pitch of the milling cutter means that the cutting edges on the face of the milling cutter are not arranged at regular angular intervals.
  • the pitch angle of adjacent milling surfaces have different pitch angles.
  • two opposite milling surfaces have a pitch of 30 ° with respect to the center axis of the cutter, while the other two milling surfaces have a dynamic pitch angle that is about 30 ° in the area of the face of the cutter and continuously increases toward the tool shank up to, for example, 35 °.
  • the cutting edges in the end face of the milling cutter lie radially in pairs opposite each other, wherein the cutting edges of the milling surfaces are offset by a few degrees, for example 5 °, with the dynamic pitch angle in the circumferential direction in relation to the cutting edges of the milling surface with a constant pitch angle.
  • the distance between the cutting edges of the With this configuration, milling surfaces become increasingly narrow in the direction of the clamping end of the milling cutter, so that shorter chips are also produced here.
  • Cutters with unequal pitch are known per se, but this uneven pitch in conjunction with the configuration of the milling surfaces with alternating finishing and roughing areas gives an additional advantageous effect in that practically the cutter no longer vibrates, so that a particularly smooth running is generated.
  • uneven pitch roughing / roughing cutters may be milling cutters having two, four, six, eight, etc. milling surfaces.
  • the machining time of a workpiece can be reduced by up to 30% compared to conventional milling cutters, the workpiece, as already mentioned, having a smooth surface, which frequently does not have to be reworked.
  • Figure 1 is a view of a finishing / roughing cutter with four helically extending milling surfaces according to the invention
  • FIG. 2 shows a detail view of alternating roughing and finishing areas along a milling surface in the milling cutter according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a development of the four milling surfaces of the milling cutter according to FIG. 1;
  • Figure 4 is a plan view of the end face of the cutter with the located in this cutting.
  • a finishing / roughening cutter 1 has, according to FIG. 1, a cylindrical tool shank 2, which is clamped with its upper end in FIG. 1 into a milling machine (not shown here).
  • the adjoining the smooth cylindrical tool shank 2 region of the milling cutter 1 is provided as a milling section 3 with four angularly along the circumference of the milling cutter offset milling surfaces 4, which are located in the periphery of the milling cutter and band-shaped from a clamping end of the tool shank 2 opposite End face 5 each extend in a screw gear in the direction of the upper end of the milling area.
  • the milling surfaces each have a milling edge 6. Between adjacent milling surfaces 4, respectively, hollow chip removal grooves 7 are located, via which the chip groove arising during milling is removed.
  • the milling surfaces 4 terminate in the end face 5 of the milling cutter in each case in a cutting edge;
  • each milling surface 4 alternately has short roughing regions 11 and sizing regions 12 in the axial longitudinal direction of the milling cutter 1.
  • the roughing regions 11 cover in the axial direction of the milling cutter, for example, a length of 5 mm, the sizing regions 12 a range of for example 6 mm.
  • the trailing sizing area 12 seen in the axial direction of the milling cutter, cover the roughing areas 11 of a circumferentially adjacent leading milling surface 4, or overlap on both sides, as this by the dotted lines 13 and 14 is shown in FIG.
  • the mill 1 as known per se, an uneven pitch, that is, that the cutting edges 8-1 of two radially opposite milling surfaces 8-1 and 8-2 in the circumferential direction of the milling cutter 1 have an angle different from 90 ° ,
  • the angle between the cutting edge 8-1 and the cutting edge 8-2 is 95 °
  • the angle between this second cutting edge 8-2 and the subsequent cutting edge 8-1 is 85 ° and so on.
  • the milling surfaces 4 with the cutting edges 8-1 relative to the central axis of the milling cutter 1 a pitch angle of 30 ° in this case
  • the milling surfaces with their cutting 8-2 a different pitch angle, which is 30 ° in the region of the front page continuously increased in this case 35 °, as this is exaggerated in Figure 3 is shown.
  • the numerical values given are merely exemplary; Among other things, they depend on the material of the workpiece to be machined.

Abstract

Der Schlicht- /Schruppfräser (1) weist einen zylindrischen Werkzeugschaft (2) und einen sich daran anschließenden Fräsbereich (3) auf, der mehrere in Umfangsrichtung des Fräsers gelegene Fräsflächen (4) aufweist, die sich in einem Schraubengang mit einem gegenüber der Mittelachse des Fräsers angestellten Steigungswinkel in Richtung auf den Werkzeugschaft erstrecken. Jede Fräsfläche (4) weist abwechselnd Schruppbereiche (11) und Schlichtbereiche (12) auf, wobei jeder Schlichtbereich einer Fräsfläche in axialer Richtung des Fräsers auf einer im Wesentlichen gleichen axialen Höhe eines Schruppbereiches einer benachbarten Fräsfläche liegt. Vorzugsweise überdeckt bzw. überlappt der Schlichtbereich (12) einer Fräsfläche (4) in axialer Richtung des Fräsers (1) den Schruppbereich (11) der in Umfangsrichtung des Fräsers (1) benachbarten Fräsfläche (4).

Description

Schlicht-/Schruppfräser
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlicht-/Schruppfräser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Fräser weisen üblicherweise einen zylindrischen Werkzeugschaft auf, der an einem, seinem oberen Ende, in eine Fräsmaschine einspannbar ist. An diesen Werkzeugschaft schließt sich ein Fräsbereich an, der mehrere in Urαfangsrichtung des Fräsers gelegene Fräsflächen mit jeweils einer Fräskante aufweist. Jede Fräsfläche erstreckt sich in einem Schraubengang mit einem gegenüber der Mittelachse des Fräsers angestellten Steigungswinkel in Richtung auf das andere, untere Ende des Fräsers und endet dort an der Stirnseite des Fräsers in einer Schneide, die in einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse des Fräsers gelegen ist.
Bei einem Schruppfräser sind die Fräsflächen als Schruppflächen mit aufgerauter Oberfläche oder mit einem Wellenschliff ausgebildet, was üblicherweise als Verzahnung bezeichnet wird. Mit solchen Schruppfräsern können Werkstücke zunächst grob bearbeitet werden.
Bei einem Schlichtfräser haben die Fräsflächen üblicherweise keine Verzahnung sondern sind glatt ausgebildet; diese Schlichtfräser dienen zur Glättung der zum Beispiel durch einen Schruppfräser vorgefrästen Flächen eines Werkstückes.
Schlicht-/Schruppfräser vereinigen die Funktion eines Schruppfräsers und eines Schlichtfräsers. Bei diesen Fräsern ist jeweils eine Fräsfläche eben ausgebildet und dient als Schlicht-Fräsfläche, wobei die benachbarte Fräsfläche als Schrupp-Fräsflache mit einer Verzahnung ausgebildet ist.
Fräser werden üblicherweise aus einem gepressten Metallpulver, das anschließend gesintert wird, hergestellt. Der Fräser ist dadurch sehr hart, gleichzeitig aber auch sehr spröde. Bei hohen Belastungen, die auf den Fräser ausgeübt werden, gerät dieser durch diese Belastungen in Schwingungen, die durchaus zum Bruch des Fräsers führen können. Somit ist es notwendig, einen ruhigen Lauf des Fräsers beim Bearbeiten von Werkstücken zu erreichen.
Bei den herkömmlichen Schlicht-/Schruppfräsern nehmen zwar die Schruppflächen, die stark belastet sind, die auf den Fräser ausgeübten Spannungen deutlich zurück, jedoch können dann an den Schlichtfräsflächen wiederum hohe Belastungen auftreten, sodass der Fräser wiederum schwingt und brechen kann.
Außerdem ist es erwünscht, bei solchen Fräsern möglichst kurze von dem Werkstück abgefräste Späne zu erreichen, die dann auch gut abgeführt werden können. Längere Späne können nur schlecht abgeführt werden, wobei es teilweise zu so genannten Spanklemmern kommt, durch die ggf. der Bearbeitungsvorgang abgebrochen werden muss.
Außerdem können Schlicht-/Schruppfräser beim Bearbeiten von Werkstücken aufgrund der oben genannten Probleme nur mit relativ geringen Vorschubgeschwindigkeiten betrieben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schlicht- /Schruppfräser anzugeben, mit dem ein nahezu vibrationsfreier ruhiger Lauf erzielt werden kann. Des Weiteren sollen die Belastungen des Fräsers insbesondere durch die Konfiguration der schraubenförmig verlaufenden Fräsflächen reduziert werden.
Ferner sollen mit dem Fräser nur relativ kurze Späne erzeugt werden, die leichter abgeführt werden können.
Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, die Vorschubgeschwindigkeit eines Schlicht-/Schruppfräsers gegenüber bekannten Fräsern zu erhöhen.
Diese Aufgaben sind gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demgemäß weist jede schraubenförmig verlaufende Fräsfläche abwechselnd Schruppbereiche und Schlichtbereiche auf, die in axialer Richtung des Fräsers in relativ kurzen Abständen aufeinander folgen. Jeder Schlichtbereich einer Fräsfläche in axialer Richtung des Fräsers liegt im Wesentlichen auf der gleichen axialen Höhe eines Schruppbereiches einer benachbarten Fräsfläche und überdeckt vorzugsweise den Schruppbereich der benachbarten Fräsfläche oder überlappt sogar den Schruppbereich der benachbarten Fräsfläche auf beiden Seiten geringfügig.
Es hat sich herausgestellt, dass durch eine solche Konfiguration der Fräsflächen die Belastungen auf den Fräser beim Fräsen eines Werkstückes deutlich verringert werden, sodass der Fräser praktisch nicht mehr in Schwingungen versetzt wird und ruhig läuft. Dieses wird im Wesentlichen auf die alternierende Anordnung von Schlicht- und Schruppbereichen längs jeder Fräsfläche zurückgeführt. Es hat sich gezeigt, dass ein Schlicht-/Schruppfräser gemäß der Erfindung deutlich weniger schwingt als ein herkömmlicher Fräser, bei dem jeweils eine Fräsfläche insgesamt als Schlicht-Fräsflache und die benachbarte Fräsfläche als Schrupp-Fräsflache ausgebildet ist. Aus diesem Grunde werden Brüche des Fräsers oder Beschädigungen der Fräsflächen beziehungsweise deren Schneiden praktisch verhindert.
Darüber hinaus ist durch die Überdeckung beziehungsweise Überlappung des Schruppbereiches einer benachbarten Fräsfläche in axialer Richtung durch den Schlichtbereich der benachbarten nachlaufenden Fräsfläche eine Überarbeitung des Werkstückes, zum Beispiel eine Glättung der Oberfläche, in vielen Fällen nicht mehr erforderlich.
Eine weitere Verbesserung der Stabilität des Fräsers kann erreicht werden, wenn dieser ungleich geteilt ist. Eine ungleiche Teilung des Fräsers bedeutet, dass die Schneiden an der Stirnseite des Fräsers nicht in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Außerdem haben hierbei die Steigungswinkel benachbarter Fräsflächen unterschiedliche Steigungswinkel. Durch eine solche Ausführung werden die Kräfte auf den Fräser besser verteilt, sodass ein Schwingen des Fräsers verhindert und ein ruhiger Lauf gewährleistet ist.
Bei einem Schlicht-/Schruppfräser mit vier schraubenförmig verlaufenden Fräsflächen haben zum Beispiel zwei gegenüber liegende Fräsflächen einen Steigungsgrad von 30° gegenüber der Mittelachse des Fräsers, während die beiden anderen Fräsflächen einen dynamischen Steigungswinkel aufweisen, der im Bereich der Stirnseite des Fräsers etwa 30° beträgt und sich in Richtung auf den Werkzeugschaft bis zum Beispiel 35° kontinuierlich erhöht. Die Schneiden in der Stirnseite des Fräsers liegen radial paarweise gegenüber, wobei die Schneiden der Fräsflächen mit dem dynamischen Steigungswinkel in Umfangsrichtung um einige Grad, zum Beispiel 5°, gegenüber den Schneiden der Fräsfläche mit konstantem Steigungswinkel versetzt sind. Der Abstand zwischen den Schneiden der Fräsflächen wird mit dieser Konfiguration in Richtung auf das Einspannende des Fräsers immer enger, sodass auch hier kürzere Späne erzeugt werden.
Fräser mit ungleicher Teilung sind an sich bekannt, jedoch ergibt diese ungleiche Teilung in Verbindung mit der Konfiguration der Fräsflächen mit alternierenden Schlicht- und Schruppbereichen einen zusätzlichen vorteilhaften Effekt insofern, als praktisch der Fräser nicht mehr schwingt, sodass ein besonders ruhiger Lauf erzeugt wird.
Es ist selbstverständlich, dass die angegebenen Zahlenwerte für die ungleiche Teilung beispielhaft sind und je nach dem zu bearbeitenden Material des Werkstückes abgeändert werden können. Außerdem können solche Schlicht-/Schruppfräser mit ungleicher Teilung Fräser mit zwei, vier, sechs, acht, etc. Fräsflächen sein.
Mit einem Schlicht-/Schruppfräser gemäß der Erfindung kann die Bearbeitungszeit eines Werkstücks um bis zu 30 % gegenüber herkömmlichen Fräsern reduziert werden, wobei das Werkstück, wie bereits erwähnt, eine glatte Oberfläche aufweist, die häufig nicht mehr nachbearbeitet werden muss.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:
Figur 1 eine Ansicht eines Schlicht-/Schruppfräsers mit vier schraubenförmig verlaufenden Fräsflächen gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine Detailansicht von alternierenden Schrupp- und Schlichtbereichen längs einer Fräsfläche bei dem Fräser gemäß Figur 1; Figur 3 eine Abwicklung der vier Fräsflächen des Fräsers gemäß Figur 1; und
Figur 4 eine Aufsicht auf die Stirnseite des Fräsers mit den in dieser gelegenen Schneiden.
Ein Schlicht-/Schruppfräser 1 weist gemäß Figur 1 einen zylindrischen Werkzeugschaft 2 auf, der mit seinem in der Figur 1 oberen Ende in eine hier nicht gezeigte Fräsmaschine eingespannt wird. Der sich an den glatten zylindrischen Werkzeugschaft 2 anschließende Bereich des Fräsers 1 ist als Fräsbereich 3 mit vier jeweils winkelmäßig längs des Umfanges des Fräsers versetzten Fräsflächen 4 versehen, die im Umfang des Fräsers gelegen sind und sich bandförmig von einer dem Einspannende des Werkzeugschaftes 2 gegenüber liegenden Stirnseite 5 jeweils in einem Schraubengang in Richtung auf das obere Ende des Fräsbereiches erstrecken. Die Fräsflächen weisen jeweils eine Fräskante 6 auf. Zwischen benachbarten Fräsflächen 4 sind jeweils hohle Spanabführrillen 7 gelegen, über die das beim Fräsen anfallende Spangut abgeführt wird.
Die Fräsflächen 4 enden in der Stirnseite 5 des Fräsers jeweils in einer Schneide; hierbei sind vom Mittelpunkt der Stirnseite radial gegenüber liegende Schneiden zweier Fräsflächen mit 8-1 beziehungsweise 8-2 bezeichnet; vgl. Figur
Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist jede Fräsfläche 4 in axialer Längsrichtung des Fräsers 1 abwechselnd kurze Schruppbereiche 11 und Schlichtbereiche 12 auf. Die Schruppbereiche 11 haben, wie in Figur 2 dargestellt, jeweils einen Wellenschliff, wohingegen die Schlichtbereiche 12 eine im Umfang des Fräsers liegende glatte Fläche aufweisen. Die Schruppbereiche 11 überdecken in axialer Richtung des Fräsers zum Beispiel eine Länge von 5 mm, die Schlichtbereiche 12 einen Bereich von zum Beispiel 6 mm. Auch diese Zahlenwerte sind lediglich beispielhaft.
Wie aus der Teildarstellung einer Abwicklung des Fräsbereiches 3 hervorgeht, überdecken die nachlaufenden Schlichtbereich 12, in axialer Richtung des Fräsers gesehen, die Schruppbereiche 11 einer in Umfangsrichtung benachbarten vorlaufenden Fräsfläche 4, beziehungsweise überlappen diese zu beiden Seiten, wie dieses durch die strichpunktierten Linien 13 und 14 in Figur 3 dargestellt ist.
Darüber hinaus weist der Fräser 1, wie an sich bekannt, eine ungleiche Teilung auf, das heißt, dass die Schneiden 8-1 zweier radial gegenüber liegenden Fräsflächen 8-1 beziehungsweise 8-2 in Umfangsrichtung des Fräsers 1 einen Winkel unterschiedlich von 90° aufweisen. In diesem Falle ist der Winkel zwischen der Schneide 8-1 und der Schneide 8-2 95°, der Winkel zwischen dieser zweiten Schneide 8-2 und der darauf folgenden Schneide 8-1 85° und so fort.
Darüber hinaus weisen die Fräsflächen 4 mit den Schneiden 8-1 gegenüber der Mittelachse des Fräsers 1 einen Steigungswinkel von in diesem Falle 30° auf, die Fräsflächen mit ihren Schneiden 8-2 einen hiervon unterschiedlichen Steigungswinkel, der sich von 30° im Bereich der Stirnseite kontinuierlich auf in diesem Falle 35° vergrößert, wie dieses überhöht in Figur 3 dargestellt ist. Es sei bemerkt, dass die angegebenen Zahlenwerte lediglich beispielhaft sind; sie hängen unter anderem von dem Material des zu bearbeitenden Werkstückes ab.

Claims

Schutzansprüche
1. Schlicht-/Schruppfräser (1) mit einem zylindrischen Werkzeugschaft (2) , der an einem, oberen Ende in eine Fräsmaschine einspannbar ist, und mit einem sich an den Werkzeugschaft anschließenden Fräsbereich (3), der mehrere in Umfangsrichtung des Fräsers gelegene Fräsflächen (4) mit jeweils einer Fräskante (6) aufweist, wobei sich jede Fräsfläche in einem Schraubengang mit einem gegenüber der Mittelachse des Fräsers angestellten Steigungswinkel in Richtung auf das andere, untere Ende des Fräsers erstreckt und dort an der Stirnseite (5) des Fräsers in einer Schneide (8- 1, 8-2) endet, die in einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse des Fräsers gelegen ist, wobei die Fräsflächen als Schruppflächen (11) mit aufgerauter Oberfläche und als Schlichtflächen (12) mit glatter Oberfläche ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Fräsfläche (4) abwechselnd Schruppbereiche
(11) und Schlichtbereiche (12) aufweist, und dass jeder Schlichtbereich einer Fräsfläche in axialer Richtung des Fräsers auf einer im Wesentlichen gleichen axialen Höhe eines Schruppbereiches einer benachbarten Fräsfläche liegt.
2. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlichtbereich (12) einer Fräsfläche (4) in axialer Richtung des Fräsers (1) den Schruppbereich (11) der in Umfangsrichtung des Fräsers (1) benachbarten Fräsfläche
(4) überdeckt.
3. Fräser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlichtbereich (12) einer Fräsfläche (4) in axialer Richtung des Fräsers (1) den Schruppbereich (11) der benachbarten Fräsfläche auf beiden Seiten überlappt .
4. Fräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser (1) gleich geteilt ist, wobei die Schneiden (8-1, 8-2) in Umfangsrichtung des Fräsers (1) benachbarter Fräsflächen (4) in der Stirnseite (5) des Fräsers in regelmäßigen konstanten Winkelabständen angeordnet sind.
5. Fräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser (1) ungleich geteilt ist, wobei die Schneiden (8.1, 8-2) in Umfangsrichtung des Fräsers benachbarter Fräsflächen (4) in der Stirnseite (5) des Fräsers in unregelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind.
6. Fräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel zumindest einer Fräsfläche (4) sich über die axiale Länge des Fräsbereichs verändert.
7. Fräser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verändernde Steigungswinkel der zumindest einen Fräsfläche (4) ausgehend von der Stirnseite (5) des Fräsers (1) kontinuierlich ansteigt.
8. Fräser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Fräsers (1) abwechselnd Fräsflächen (4) mit konstantem Steigungswinkel und Fräsflächen (4) mit sich änderndem Steigungswinkel angeordnet sind.
9. Fräser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser (1) paarige Fräsflächen
(4) aufweist, die sich, ebenso wie ihre Schneiden (8-1, 8-2) in der Stirnseite des Fräsers, in Umfangsrichtung des Fräsers in einem Winkel von 180° gegenüber liegen.
10. Fräs'er nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser (1) in Umfangsrichtung vier Fräsflächen (4) aufweist.
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