WO2015032459A1 - Stirnfräswerkzeug - Google Patents

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WO2015032459A1
WO2015032459A1 PCT/EP2014/001970 EP2014001970W WO2015032459A1 WO 2015032459 A1 WO2015032459 A1 WO 2015032459A1 EP 2014001970 W EP2014001970 W EP 2014001970W WO 2015032459 A1 WO2015032459 A1 WO 2015032459A1
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WO
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cutting
cutting element
milling tool
groove
milling
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PCT/EP2014/001970
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French (fr)
Inventor
Peter Kopton
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/06Face-milling cutters, i.e. having only or primarily a substantially flat cutting surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2210/00Details of milling cutters
    • B23C2210/28Arrangement of teeth
    • B23C2210/285Cutting edges arranged at different diameters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2220/00Details of milling processes
    • B23C2220/48Methods of milling not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2220/00Details of milling processes
    • B23C2220/60Roughing
    • B23C2220/605Roughing and finishing

Definitions

  • the invention relates to a milling tool for the face milling of a Werk Swissoberfikiee according to the preamble of claim 1 and a method for face milling according to claim 1 1.
  • the tool axis is perpendicular to the workpiece surface.
  • the cutting edges of the milling cutter are divided into peripheral cutting and end cutting.
  • the peripheral cutting cut in a feed movement transversely to the tool axis the surface material, while the end cutting of the milling tool smoothing the machined Werk Swissoberfikiee. From DE 195 16 946 A1 a generic tool is known which can be used for the face milling of a substantially flat workpiece surface.
  • the milling tool can be driven with a rotational movement about a tool axis perpendicular to the workpiece surface and with a feed movement transversely to the tool axis as well as along the workpiece surface.
  • the milling tool faces the front Main cutting elements whose end cutting the surface-side workpiece material to a nominal size removes.
  • the object of the invention is to provide a milling tool and a method for end-milling of substantially planar workpiece surfaces, in which larger feed rates can be achieved compared to the prior art.
  • the invention is based on the fact that in known Stirnfräs- method an increase in the feed rate is always limited by a maximum allowable clearance angle of the peripheral cutting of the milling tool to minimize the risk of tool breakage or premature tool wear.
  • the milling tool according to the characterizing part of claim 1 at least one, the main cutting element leading vorerendes Freiraumnut- cutting element. With the help of Freiraumnut-cutting element is creates a clearance groove in the workpiece surface that leads the main cutting element. In this free space groove, the radially outer cutting corner of the main cutting element is guided, substantially without cutting load.
  • the end cutting edge of the main cutting element on the radially outer cutting corner no longer merges into a peripheral cutting edge whose clearance angle is critical with regard to premature wear or tool breakage. Rather, the radially outer cutting corner of the end cutting is spaced around a clearance from the radially outer groove side wall of the free space groove. It is therefore dispensed with the design of a peripheral cutting edge with a corresponding clearance angle, and provided instead the free space groove.
  • a free space groove cutting element leading the main cutting element is provided in particular.
  • the free space groove cutting element likewise has an end cutting edge, which in each case merges into radially inner and outer circumferential cuts on radially inner and outer cutting corners.
  • the clearance groove cutting element can in each case define the groove bottom and the two groove side walls of the groove groove Generate clearance groove.
  • the groove width of the generated clearance groove is greatly reduced, for example, to 2 to 3 mm.
  • the main cutting element trailing in the direction of rotation projects beyond the clearance groove cutting element radially inwards with a predetermined projection. This can be removed from the lagging main cutting element to the nominal size after the production of the clearance groove a remaining radially inwardly on the workpiece surface, still unprocessed material web.
  • Both the front cutting edge of the main cutting element and the front cutting edge of the free space groove cutting element are inclined counter to the direction of rotation by a rake angle.
  • the respective end cutting each clamps a clearance angle with the machined workpiece surface.
  • the at least one main cutting element and the free space groove cutting element together form a cutting set.
  • At least one such cutting set is provided on the front side of the milling tool, but preferably a plurality of cutting sets, which are arranged uniformly distributed circumferentially on the milling tool.
  • the cutter set may not only have a single main cutting element but, viewed in the direction of rotation, at least two main cutting elements arranged one behind the other, both of which lag behind the leading clearance groove cutting element in the direction of rotation.
  • the groove depth generated by the free space groove cutting element may preferably already correspond to the nominal dimension or, alternatively, be smaller than the nominal dimension by an allowance.
  • a first element can already be ablated to the nominal size and a second element can be removed by an allowance smaller than the nominal size of the surface material.
  • the free space groove cutting element already generates a groove depth which corresponds to the nominal size. In this way, the main cutting element can completely dispense with a peripheral cutting edge, which otherwise would have to pay off the remaining allowance.
  • the front cutting edge length of the clearance groove cutting element which is active during the milling process is dimensioned substantially smaller than the face cutting edge cutting length of the trailing main cutting element.
  • the milling load of the free space groove cutting element can be reduced in particular to its main function, namely the creation of a clear space in which the radially outer cutting corner of the trailing main cutting element can move without load.
  • Fig. 1 in a perspective view a milling tool
  • FIG. 4 is a schematic partial view from above, on the basis of a one of a main cutting element and a Freiraumnut- Cutting element existing cutting set during a milling process is shown;
  • FIG. 5 shows a further embodiment in a view corresponding to FIG. 4.
  • Fig. 6 is a top plan view of a prior art end milling method.
  • a conventional end milling method ie, peripheral end milling
  • FIG. 6 a milling tool 1 is used whose tool axis W is oriented perpendicular to a workpiece surface 3 to be machined.
  • the milling tool 1 has a number of uniformly distributed cutting elements 5 on the circumference. These have on the outer circumference provided peripheral cutting edges 7 and frontally provided on the milling tool 1 end cutting (not shown in FIG. 5), which are facing the tool surface.
  • the milling tool 1 cuts the material exclusively with the peripheral cutting edges 7, while the end cutting edges only scrap the machined workpiece surface 9.
  • the milling tool 1 is driven with a rotational movement R about the tool axis W.
  • the milling tool 1 is driven with a feed movement V transversely to the tool axis W and along the workpiece surface 3.
  • the clearance angle ⁇ is spanned in FIG. 6 between a cutting rear side 11 and an imaginary circular line, along which the peripheral cutting edges 7 move.
  • the wedge angle ß is clamped between a cutting front side 13 and the cutting rear side 1 1.
  • the rake angle ⁇ is spanned between a radius line on which the peripheral cutting edge 7 lies and the cutting front side 13.
  • the clearance angle ⁇ is important. For an increase in the feed rate, the clearance angle ⁇ must also be increased accordingly. However, this is accompanied by a corresponding reduction of the wedge angle ß of the cutting elements 5, whereby the risk of premature wear and tool breakage on the peripheral cutting edges 7 is increased.
  • the invention shown in FIGS. 1 to 4 uses the milling tool 1 shown in FIG. 1 to take an alternative approach in order to increase the feed rate.
  • the milling tool 1 according to FIG. 1 has a base body 17 which is rotatable about the tool axis W.
  • On the front side of the main body 17 a total of four uniformly circumferentially distributed cutting sets 19 are provided.
  • Each of these cutting sets 19 has a free space groove cutting element 21 leading in the direction of rotation R and a main cutting element 23 trailing in the direction of rotation R.
  • Each of the two cutting elements 21, 23 is preceded by a chip chamber 25 in order to discharge chips 8 (FIG. 3).
  • the end cutting edges 29, 33 (FIG.
  • each of the main cutting elements 23 has an end cutting edge 29 in each case. This extends as shown in FIG. 2 to a radially outer cutting corner 31. With the help of the end cutting edge 29 of the respective main cutting element 23 takes place on the workpiece surface 3, a material removal by a nominal dimension n (Fig. 3).
  • the free space groove cutting element 21 leading in the direction of rotation R also has an end cutting edge 33 (FIG. 3).
  • the end cutting edge 33 of the respective clearance groove cutting element 21 merges at the radially inner and outer cutting corners 35, 36 (FIG. 3) in each case into a radially inner and radially outer peripheral edge 37, 38.
  • the two peripheral blades 37, 38 are provided in FIG. 4 with clearance angles ⁇ .
  • the radially outer cutting edge corner 36 of the leading Freiraumnut cutting element 21 is ⁇ example, to a radius which is exemplified herein is greater than the 'radius r 2l on the radially outer cutting edge corner of the trailing main cutting element 23 located 31.
  • the respective main cutting element 23 projects beyond the respective free space groove cutting element 21 radially with a projection Ar (FIG. 4).
  • the radially outer cutting corner 31 of the main cutting element 23 is not - in contrast to the free space groove cutting element 21 in an additional peripheral edge over. Rather, the end cutting edge 29 of the respective main cutting element 23 ends at the radially outer cutting corner 31, without such a peripheral cutting edge.
  • the radially outer cutting corner 31 of the main cutting element 23 is spaced apart from the radially outer groove side wall 45 by a clear clearance f and thus guided in the clearance groove 41 substantially without cutting load. According to the invention, therefore, the feed rate can be increased, without the risk that the main cutting element 23 prematurely wears or breaks at the outer cutting corner 31.
  • the cutting set 19 may not only have a single main cutting element 23, but in the direction of rotation R considered at least two successively arranged main cutting elements 23, both of the leading Freiraumnut-cutting element 21 in the direction of rotation R lag.
  • the groove depth ⁇ generated by the free-space groove cutting element 21 may preferably already correspond to the nominal dimension n or alternatively be smaller than the nominal dimension n by an allowance.
  • a first one may be exemplified Element remove the surface material down to the nominal size n and remove a second element by an allowance smaller than the nominal size.
  • Figures 1 to 4 relate to a preferred embodiment in which the main cutting element 23 and the clearance groove cutting element 21 are two separate components.
  • the invention is not limited to this embodiment. Rather, the main cutting element 23 and the clearance groove cutting element 21 can also be integrated in a common cutting element, as shown in FIG. 5.
  • the end cutting edge 29 of the main cutting element 23 on the cutting edge 35 merges directly with the end cutting edge 33 of the clearance groove cutting element 21, which is inclined in the counterclockwise direction.
  • a clearance angle ⁇ adjoins the end cutting edge 33 of the clearance groove cutting element 21.
  • the number of main cutting elements 23 and the free space groove cutting elements 21 is arbitrary.
  • at least one main cutting element 23 can be preceded by any number of free space groove cutting elements 21.
  • the clearance groove 41 is not only generated by one, but by a plurality of Freiraumnut- cutting elements 21.
  • the at least one free space groove cutting element 21 can be followed by an arbitrary number of main cutting elements 23.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückoberfläche (3), mit einer Rotationsbewegung (R) um eine zur Werkstückoberfläche (3) rechtwinkligen Werkzeugachse (W) und mit einer Vorschubbewegung (V) quer zur Werkzeugachse (W) sowie entlang der Werkstückoberfläche (3), welches Fräswerkzeug (1) zumindest ein Hauptschneidenelement (23) mit einer Stirnschneide (29) aufweist, die sich bis zu einer radial äußeren Schneidenecke (31) erstreckt und mit der ein Materialabtrag bis auf ein Nennmaß (n) erfolgt. Erfindungsgemäß weist das Fräswerkzeug (1) zumindest ein in der Rotationsrichtung (R) dem Hauptschneidenelement (23) voreilendes Freiraumnut-Schneidenelement (21) auf, das eine Freiraumnut (41) in der Werkstückoberfläche (3) erzeugt, in der die radial äußere Schneidenecke (31) des Hauptschneidenelements (23) im Wesentlichen ohne Schneidbelastung geführt ist.

Description

Beschreibung Stirnfräswerkzeuq
Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Stirnfräsen einer Werkstückoberfiäche nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Stirnfräsen nach dem Patentanspruch 1 1.
Die Erzeugung ebener Werkstückoberflächen erfolgt mit dem sogenannten Stirnfräsen, das in ein Umfangsstirnfräsen und in ein Umfangsstirnplanfräsen unterteilt werden kann. Beim Umfangsstirnplanfräsen (Walzfräsen) liegt die Werkzeugachse parallel zur bearbeitenden Werkstückoberfläche. Der Fräser arbeitet nur mit seinen Umfangsschneiden.
Beim Umfangsstirnfräsen steht dagegen die Werkzeugachse rechtwinklig zur Werkstückoberfläche. Die Schneiden des Fräsers sind aufgeteilt in Umfangs- schneiden und Stirnschneiden. Die Umfangsschneiden zerspanen in einer Vorschubbewegung quer zur Werkzeugachse den Oberflächenwerkstoff, während die Stirnschneiden des Fräswerkzeuges die bearbeitete Werkstückoberfiäche glattschaben. Aus der DE 195 16 946 A1 ist ein gattungsgemäßes Werkzeug bekannt, das zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückoberfläche einsetzbar ist. Beim Fräsbetrieb ist das Fräswerkzeug mit einer Rotationsbewegung um eine zur Werkstückoberfläche rechtwinklige Werkzeugachse sowie mit einer Vorschubbewegung quer zur Werkzeugachse sowie entlang der Werkstückoberfläche antreibbar. Das Fräswerkzeug weist stirnseitig Hauptschneidenelemente auf, deren Stirnschneide das oberflächenseitige Werkstückmaterial bis auf ein Nennmaß abträgt.
Bei diesem Fräsvorgang werden zwischen Frei-, Keil- und Spanwinkel der Schneidenelemente unterschieden. Die Größe dieser Winkel hängt von der jeweiligen Werkzeug-/Werkstück-Kombination ab. Speziell der Freiwinkel der Umfangsschneiden begrenzt die fertigungstechnisch relevante Vorschubgeschwindigkeit des Stirnfräsers. Bei einer Erhöhung des Freiwinkels kann die Vorschubgeschwindigkeit gesteigert werden. Jedoch geht die Freiwinkel- Erhöhung einher mit einer entsprechenden Reduzierung des Keilwinkels der Umfangsschneide, wodurch die Gefahr von Werkzeugbruch oder zumindest eines vorzeitigen Verschleißes besteht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fräswerkzeug sowie ein Verfahren zum Stimfräsen im Wesentlichen ebener Werkstückoberflächen bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik größere Vorschubgeschwindigkeiten erreicht werden können.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 1 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei bekannten Stirnfräs- Verfahren eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit stets durch einen maximal zulässigen Freiwinkel der Umfangsschneiden des Fräswerkzeuges begrenzt ist, um die Gefahr von Werkzeugbruch oder eines vorzeitigen Werkzeug-Verschleißes zu minimieren. Vor diesem Hintergrund weist das Fräswerkzeug gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zumindest ein, dem Hauptschneidenelement voreilendes Freiraumnut- Schneidenelement auf. Mit Hilfe des Freiraumnut-Schneidenelementes wird eine Freiraumnut in der Werkstückoberfläche erzeugt, die dem Hauptschneidenelement vorauseilt. In dieser Freiraumnut ist die radial äußere Schneidenecke des Hauptschneidenelementes geführt, und zwar im Wesentlichen ohne Schneidbelastung. Erfindungsgemäß geht die Stirn- schneide des Hauptschneidenelementes an der radial äußeren Schneidenecke nicht mehr in eine Umfangsschneide über, deren Freiwinkel im Hinblick auf einen vorzeitigen Verschleiß oder auf Werkzeugbruch kritisch ist. Vielmehr ist die radial äußere Schneidenecke der Stirnschneide um einen lichten Freiraum von der radial äußeren Nut-Seitenwand der Freiraumnut beabstandet. Es ist daher auf die Auslegung einer Umfangsschneide mit entsprechendem Freiwinkel verzichtet, und anstelle dessen die Freiraumnut vorgesehen.
Zur Erzeugung der Freiraumnut ist speziell ein, dem Hauptschneidenelement voreilendes Freiraumnut-Schneidenelement vorgesehen. Das Freiraumnut- Schneidenelement weist ebenfalls eine Stirnschneide auf, die an radial inneren und äußeren Schneidenecken jeweils in radial innere und äußere Umfangs- schneiden übergeht Mit Hilfe der Stirnschneide sowie der beiden Umfangs- schneiden kann das Freiraumnut-Schneidenelement jeweils den Nutboden sowie die beiden Nutseitenwände der Freiraumnut erzeugen. Um die Schneidbelastung des Freiraumnut-Schneidenelementes zu minimieren, ist die Nutbreite der erzeugten Freiraumnut stark reduziert, zum Beispiel auf 2 bis 3 mm.
Zudem ist es bevorzugt, wenn das in der Rotationsrichtung nacheilende Hauptschneidenelement das Freiraumnut-Schneidenelement mit einem vorgegebenen Überstand radial nach innen überragt bzw. überlappt. Dadurch kann nach der Erzeugung der Freiraumnut ein radial innen an der Werkstückoberfläche verbleibender, noch unbearbeiteter Materialsteg vom nacheilenden Hauptschneidenelement bis auf das Nennmaß abgetragen werden. Sowohl die Stirnschneide des Hauptschneidenelementes als auch die Stirnschneide des Freiraumnut-Schneidenelementes sind entgegen der Rotationsrichtung um einen Spanwinkel geneigt. Zudem spannt die jeweilige Stirnschneide jeweils einen Freiwinkel mit der bearbeitenden Werkstückoberfläche auf.
Das zumindest eine Hauptschneidenelement und das Freiraumnut-Schneidenelement bilden zusammen einen Schneidensatz. Zumindest ein solcher Schneidensatz ist an der Stirnseite des Fräswerkzeugs vorgesehen, bevorzugt jedoch mehrere Schneidensätze, die gleichmäßig umfangsverteilt am Fräswerkzeug angeordnet sind.
In einer Ausführungsform kann der Schneidensatz nicht nur ein einziges Hauptschneidenelement aufweisen, sondern vielmehr in der Rotationsrichtung betrachtet zumindest zwei hintereinander angeordnete Hauptschneidenelemente, die beide dem voreilenden Freiraumnut-Schneidenelement in der Rotationsrichtung nacheilen. Die vom Freiraumnut-Schneidenelement erzeugte Nuttiefe kann bevorzugt bereits dem Nennmaß entsprechen oder alternativ um ein Aufmaß kleiner als das Nennmaß sein. Von den obigen genannten zwei Hauptschneidenelementen kann ein erstes Element bereits auf das Nennmaß abtragen und ein zweites Element um ein Aufmaß kleiner als das Nennmaß das Oberflächenmaterial abtragen.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn bereits das Freiraumnut-Schneidenelement eine Nuttiefe erzeugt, die dem Nennmaß entspricht. Auf diese Weise kann das Hauptschneidenelement gänzlich auf eine Umfangsschneide verzichten, die ansonsten das noch verbleibende Aufmaß abtragen müsste.
Bevorzugt ist die beim Fräsprozess aktive Stirnschneiden-Länge des Freiraumnut-Schneidenelementes wesentlich kleiner bemessen als die Stirn- schneidenlänge des nacheilenden Hauptschneidenelementes. Auf diese Weise kann die Fräsbelastung des Freiraumnut-Schneidenelementes insbesondere auf dessen Hauptfunktion reduziert werden, nämlich die Schaffung eines lichten Freiraums, in dem sich die radial äußere Schneidenecke des nacheilenden Hauptschneidenelementes belastungsfrei bewegen kann.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung ein Fräswerkzeug
Stirnfräsen;
Fig. 2 die einer Werkzeugoberfläche zugewandte Stirnseite des
Fräswerkzeugs; Fig. 3 in einer grob schematischen perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße Fräsverfahren;
Fig. 4 eine schematische Teilansicht von oben, anhand der ein aus einem Hauptschneidenelement und einem Freiraumnut- Schneidenelement bestehender Schneidensatz während eines Fräsprozesses gezeigt ist;
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Ansicht entsprechend der Fig. 4; und
Fig. 6 eine Ansicht von oben zur Veranschaulichung eines aus dem Stand der Technik bekanntes Stirnfräsverfahren. Anhand der Fig. 6 wird zunächst zum einfacheren Verständnis der Erfindung ein herkömmliches Stirnfräsverfahren (das heißt Umfangsstirnfräsen) beschrieben, das den Ausgangspunkt der Erfindung bildet. In dem in der Fig. 6 gezeigten Stirnfräsverfahren kommt ein Fräswerkzeug 1 zum Einsatz, dessen Werkzeugachse W senkrecht zu einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 3 ausgerichtet ist. Das Fräswerkzeug 1 weist umfangsseitig eine Reihe von gleichmäßig verteilten Schneidenelementen 5 auf. Diese weisen am Außenumfang vorgesehene Umfangsschneiden 7 sowie stirnseitig am Fräswerkzeug 1 vorgesehene Stirnschneiden (in der Fig. 5 nicht gezeigt) auf, die der Werkzeugoberfläche zugewandt sind. Das Fräswerkzeug 1 zerspant den Werkstoff ausschließlich mit den Umfangsschneiden 7, während die Stirnschneiden lediglich die bearbeitete Werkstückoberfläche 9 glattschaben. Im dargestellten Fräsbetrieb wird das Fräswerkzeug 1 mit einer Rotationsbewegung R um die Werkzeugachse W angetrieben. Zudem wird das Fräswerkzeug 1 mit einer Vorschubbewegung V quer zur Werkzeugachse W sowie entlang der Werkstückoberfläche 3 angetrieben.
Bei den Schneidenelementen 5 wird in gängiger Praxis zwischen einem Freiwinkel a, einem Keilwinkel ß und einem Spanwinkel γ unterschieden. Der Freiwinkel α ist in der Fig. 6 zwischen einer Schneiden-Rückseite 11 und einer gedachten Kreislinie aufgespannt, entlang der sich die Umfangsschneiden 7 bewegen. Der Keilwinkel ß ist zwischen einer Schneiden-Vorderseite 13 und der Schneiden-Rückseite 1 1 aufgespannt. Der Spanwinkel γ ist zwischen einer Radiuslinie, auf der die Umfangsschneide 7 liegt, und der Schneiden- Vorderseite 13 aufgespannt. Im Hinblick auf die Auslegung der Vorschubgeschwindigkeit ist unter Anderem der Freiwinkel α von Bedeutung. Für eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit ist entsprechend auch der Freiwinkel α zu erhöhen. Dies geht jedoch mit einer entsprechenden Reduzierung des Keilwinkels ß der Schneidenelemente 5 einher, wodurch die Gefahr von vorzeitigem Verschleiß sowie von Werkzeug bruch an den Umfangsschneiden 7 erhöht wird.
Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Erfindung beschreitet dagegen mit Hilfe des in der Fig. 1 gezeigten Fräswerkzeuges 1 einen alternativen Lösungsweg, um die Vorschubgeschwindigkeit zu erhöhen. Demzufolge weist das Fräswerkzeug 1 gemäß der Fig. 1 einen Grundkörper 17 auf, der um die Werkzeugachse W rotierbar ist. An der Stirnseite des Grundkörpers 17 sind insgesamt vier gleichmäßig umfangsverteilten Schneidensätze 19 vorgesehen. Jeder dieser Schneidensätze 19 weist ein' in der Rotationsrichtung R voreilendes Freiraumnut-Schneidenelement 21 sowie ein in der Rotationsrichtung R nacheilendes Hauptschneidenelement 23 auf. Den beiden Schneidenelementen 21 , 23 ist jeweils eine Spankammer 25 vorgelagert, um entstehende Späne 28 (Fig. 3) abzuführen. Die Stirnschneiden 29, 33 (Fig. 3) des Hauptschneidenelementes 23 und des Freiraumnut-Schneidenelements 21 sind gemäß der Fig. 3 entgegen der Rotationsrichtung R um einen Spanwinkel γ geneigt ist, so dass die Späne 28 nicht umfangsseitig nach außen, sondern vielmehr nach oben abgeschält werden. Zudem sind die Freiraumnut-Schneidenelemente 21 und die Hauptschneidenelemente 23 als separate Auswechselteile mittels angedeuteter Spannschrauben 27 am Grundkörper 17 befestigt. Gemäß der Fig. 2, 3 und 4 weist jedes der Hauptschneidenelemente 23 jeweils eine Stirnschneide 29 auf. Diese erstreckt sich gemäß der Fig. 2 bis zu einer radial äußeren Schneidenecke 31. Mit Hilfe der Stirnschneide 29 des jeweiligen Hauptschneidenelementes 23 erfolgt an der Werkstückoberfläche 3 ein Materialabtrag um ein Nennmaß n (Fig. 3). Das in der Rotationsrichtung R voreilende Freiraumnut-Schneidenelement 21 weist ebenfalls eine Stirnschneide 33 (Fig. 3) auf. Die Stirnschneide 33 des jeweiligen Freiraumnut- Schneidenelementes 21 geht an den radial inneren und äußeren Schneidenecken 35, 36 (Fig. 3) jeweils in eine radial innere und radial äußere Umfangsschneide 37, 38 über. Die beiden Umfangsschneiden 37, 38 sind in der Fig. 4 mit Freiwinkeln α versehen. In der Fig. 2 liegt beispielhaft die radial äußere Schneidenecke 36 des voreilenden Freiraumnut-Schneidenelements 21 auf einem Radius η, der hier beispielhaft größer ist als der' Radius r2l auf dem die radial äußere Schneidenecke 31 des nacheilenden Haupt- Schneidenelementes 23 liegt.
Zudem überragt das jeweilige Hauptschneidenelement 23 mit einem Überstand Ar (Fig. 4) radial nach innen das jeweilige Freiraumnut- Schneidenelement 21.
Anhand der Fig. 3 und 4 ist das mit dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug 1 durchführbare Stirnfräs-Verfahren angedeutet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Fig. 3 oder 4 lediglich ein einziger Schneidensatz 19, bestehend aus einem -Hauptschneidenelement 23 und einem Freiraumnut- Schneidenelement 21 , des Fräswerkzeugs 1 dargestellt, und zwar ohne den Fräswerkzeug-Grundkörper 17. Demzufolge erzeugt das voreilende Freiraumnut-Schneidenelement 21 eine Freiraumnut 41 mit gemäß der Fig. 3 einem Nutboden 46 sowie seitlich hochgezogenen Nutwänden 45. Die dabei abgetragenen Späne 28 werden über die in der Fig. 1 gezeigten Spankammern 25 nach oben abgeführt. Die Erzeugung der Freiraumnut 41 erfolgt mit Hilfe der Stirnschneide 33 sowie der beiden Innen-/Außen- Umfangsschneiden 37, 38 des Freiraumnut-Schneidenelementes 21. Die hierbei erzeugte Nuttiefe At (Fig. 3) kann beispielhaft identisch mit dem von der Werkstückoberfläche 3 abzutragenden Nennmaß n (Fig. 3) sein. Gemäß der Fig. 3 verbleibt radial innerhalb der Freiraumnut 41 ein Materialsteg 43, der vom nacheilenden Hauptschneidenelement 23 abgetragen wird, und zwar bis' auf das vorgenannte Nennmaß n.
Die radial äußere Schneidenecke 31 des Hauptschneidenelementes 23 geht - im Unterschied zum Freiraumnut-Schneidenelement 21 nicht in eine zusätzliche Umfangsschneide über. Vielmehr endet die Stirnschneide 29 des jeweiligen Hauptschneidenelements 23 an der radial äußeren Schneidenecke 31 , und zwar ohne eine solche Umfangsschneide. Die radial äußere Schneidenecke 31 des Hauptschneidenelements 23 ist gemäß der Fig. 4 über einen lichten Freiraum f von der radial äußeren Nut-Seitenwand 45 beabstandet und somit im Wesentlichen ohne Schneidbelastung in der Freiraumnut 41 geführt. Erfindungsgemäß kann daher die Vorschubgeschwindigkeit erhöht werden, und zwar ohne die Gefahr, dass das Hauptschneidenelement 23 an der äußeren Schneidenecke 31 vorzeitig verschleißt oder bricht.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann der Schneidensatz 19 nicht nur ein einziges Hauptschneidenelement 23 aufweisen, sondern in der Rotationsrichtung R betrachtet zumindest zwei hintereinander angeordnete Hauptschneidenelemente 23, die beide dem voreilenden Freiraumnut-Schneidenelement 21 in der Rotationsrichtung R nacheilen. Die vom Freiraumnut-Schneidenelement 21 erzeugte Nuttiefe Δί kann bevorzugt bereits dem Nennmaß n entsprechen oder alternativ um ein Aufmaß kleiner als das Nennmaß n sein. Von den obigen genannten zwei Hauptschneidenelementen 23 kann beispielhaft ein erstes Element das Oberflächenmaterial bis auf das Nennmaß n abtragen und ein zweites Element um ein Aufmaß kleiner als das Nennmaß abtragen.
Die Figuren 1 bis 4 betreffen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, in dem das Hauptschneidenelement 23 und das Freiraumnut-Schneidenelement 21 zwei voneinander separate Bauteile sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können das Hauptschneidenelement 23 und das Freiraumnut-Schneidenelement 21 auch in einem gemeinsamen Schneidenelement integriert sein, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist. In der Fig. 5 geht die Stirnschneide 29 des Hauptschneidenelements 23 an der Schneidenecke 35 unmittelbar in die Stirnschneide 33 des Freiraumnut- Schneidenelements 21 über, die im Gegenuhrzeigersinn geneigt ist. Im weiteren Verlauf radial nach außen schließt sich an die Stirnschneide 33 des Freiraumnut-Schneidenelements 21 ein Freiwinkel α an.
Ferner ist hevorzuheben, dass die Anzahl der Hauptschneidenelemente 23 und der Freiraumnut-Schneidenelemente 21 frei wählbar ist. So kann dem zumindest einem Hauptschneidenelement 23 eine beliebige Anzahl von Freiraumnut-Schneidenelemente 21 vorgeschaltet sein. In diesem Fall wird die Freiraumnut 41 nicht nur durch ein, sondern durch mehrere Freiraumnut- Schneidenelemente 21 erzeugt. Umgekehrt kann dem zumindest einen Freiraumnut-Schneidenelement 21 eine beliebige Anzahl von Hauptschneidenelementen 23 nachgeschaltet werden.

Claims

Ansprüche
Fräswerkzeug zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückoberfläche (3), mit einer Rotationsbewegung (R) um eine zur Werkstückoberfläche (3) rechtwinkligen Werkzeugachse (W) und mit einer Vorschubbewegung (V) quer zur Werkzeugachse (W) sowie entlang der Werkstückoberfläche (3), welches Fräswerkzeug (1 ) zumindest ein Hauptschneidenelement (23) mit einer Stirnschneide (29) aufweist, die sich bis zu einer radial äußeren Schneidenecke (31 ) erstreckt und mit der ein Materialabtrag bis maximal auf ein Nennmaß (n) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräswerkzeug (1 ) zumindest ein in der Rotationsrichtung (R) dem Hauptschneidenelement (23) insbesondere voreilendes Freiraumnut-Schneidenelement (21 ) aufweist, das eine Freiraumnut (41 ) in der Werkstückoberfläche (3) erzeugt, in der die radial äußere Schneidenecke (31 ) des Hauptschneidenelements (23) im Wesentlichen ohne Schneidbelastung geführt ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptschneidenelement (23) und das Freiraumnut-Schneidenelement (21 ) zwei voneinander separate Bauteile sind oder in einem gemeinsamen Schneidenelement integriert sind.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Schneidenecke (31 ) des Hauptschneidenelements (23) um einen lichten Freiraum (f) von der radial äußeren Nut-Seitenwand (45) der Freiraumnut (41 ) beabstandet ist. Fräswerkzeug nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Freiraumnut-Schneideneiement (21 ) zur Erzeugung der Freiraumnut (41 ) in Radialrichtung betrachtet radial innere und radial äußere Umfangsschneiden (37, 38) aufweist.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptschneidenelement (23) mit einem Überstand (Ar) radial nach innen das Freiraumnut-Schneideneiement (21 ) überragt, und/oder dass ein nach der Erzeugung der Freiraumnut (41 ) radial innen verbleibender Materialsteg (43) in der Werkstückoberfläche (3) von dem Hauptschneidenelement (23) abtragbar ist.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschneide (29, 33) des Hauptschneidenelementes (23) und/oder des Freiraumnut-Schneidenelements (21 ) entgegen der Rotationsrichtung (R) um einen Spannwinkel (γ) geneigt ist.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rotationsrichtung (R) betrachtet zumindest zwei hintereinander angeordnete Hauptschneidenelemente (23) vorgesehen sind, die dem voreilenden Freiraumnut-Schneideneiement (21 ) in der Rotationsrichtung (R) nacheilen.
Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem- Freiraumnut-Schneideneiement (21 ) erzeugte Nuttiefe (At) dem Nennmaß (n) entspricht oder um ein Aufmaß kleiner als das Nennmaß (n) ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass von den zumindest zwei Hauptschneidenelementen (23) ein in der Drehrichtung betrachtet erstes Element um ein Aufmaß (a) kleiner als das Nennmaß (n) abträgt und ein zweites Element auf das Nennmaß (n) abträgt.
10. Fräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Hauptschneidenelement (23) und das Freiraumnut-Schneidenelement (21 ) einen Schneidensatz (19) bilden, und dass zumindest ein oder mehrere Schneidensätze (19) umfangsverteilt an der Stirnseite des Fräswerkzeugs (1 ) vorgesehen sind.
1 . Verfahren zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückoberfläche (3), bei dem das Fräswerkzeug (1 ) mit einer Rotationsbewegung (R) um eine zur Werkstückoberfläche (3) rechtwinklige Werkzeugachse (W) und mit einer Vorschubbewegung (V) quer zur Werkzeugachse (W) sowie entlang der Werkstückoberfläche (3) beaufschlagt wird, bei welchem Verfahren das Oberflächenmaterial mittels zumindest einer Stirnschneide (29) des Werkzeugs (1 ) abgetragen wird und in der Rotationsrichtung (R) voreilend mit Hilfe eines Freiraumnut-Schneidenelements (41 ) eine Freiraumnut (41 ) erzeugt wird, in der eine radial äußere Schneidecke (31 ) der Stirnschneide (29) im Wesentlichen ohne Schneidbelastung geführt wird.
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