WO2015188940A1 - Stirnfräswerkzeug - Google Patents

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WO2015188940A1
WO2015188940A1 PCT/EP2015/001185 EP2015001185W WO2015188940A1 WO 2015188940 A1 WO2015188940 A1 WO 2015188940A1 EP 2015001185 W EP2015001185 W EP 2015001185W WO 2015188940 A1 WO2015188940 A1 WO 2015188940A1
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WO
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cutting
peripheral
milling tool
face
tooth
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/001185
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Kopton
Original Assignee
Audi Ag
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Publication date
Application filed by Audi Ag filed Critical Audi Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/16Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • B23C5/20Milling-cutters characterised by physical features other than shape with removable cutter bits or teeth or cutting inserts
    • B23C5/202Plate-like cutting inserts with special form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/28Features relating to lubricating or cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2200/00Details of milling cutting inserts
    • B23C2200/12Side or flank surfaces
    • B23C2200/125Side or flank surfaces discontinuous
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2200/00Details of milling cutting inserts
    • B23C2200/12Side or flank surfaces
    • B23C2200/128Side or flank surfaces with one or more grooves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2210/00Details of milling cutters
    • B23C2210/72Rotatable in both directions

Definitions

  • the invention relates to a Stirnfräswerkmaschine for face milling a workpiece surface according to the preamble of claim 1 and a method according to claim 14.
  • a face milling which can be divided into a peripheral end milling and a circumferential end milling.
  • circumferential end milling welding
  • the tool axis lies parallel to the workpiece surface to be machined. This means that the cutter works only with its peripheral cutting edges.
  • the tool axis is perpendicular to the workpiece surface.
  • the cutting edges of the milling cutter are divided into peripheral cutting edges and end cutting edges.
  • the peripheral cutting edges in a feed movement transverse to the tool axis, the surface material, while the end cutting of the milling tool, the processed workpiece surface substantially scraping.
  • BBST ⁇ TIGUNGSKOPIE a plurality of cutting teeth, each of which has a peripheral edge extending in the longitudinal direction of the tool axis and a transversely extending, arranged on the tool end face cutting edge, the end cutting the workpiece material on the workpiece surface to a nominal size.
  • the cutting teeth are used as separate components in a base body of the face milling tool. After a specified period of operation, the peripheral and end cutting edges of the milling tool are to be reground or the inserts exchanged.
  • the object of the invention is to provide a Stirnfräswerkmaschine and a method in which compared to a conventional Stirnfräswerkmaschine a higher operating time can be achieved.
  • each of the cutting teeth of the Stirnfräswerkmaschinees not only a peripheral cutting edge, but rather two peripheral cutting edges, each acting in opposite directions of rotation of the tool.
  • the service life of the milling tool can be doubled.
  • a milling in the first direction of rotation is thus carried out a material removal by the first of the two circumferential cutting edges, while the second circumferential cutting edge rotates without function.
  • the removal of material takes place by the second Peripheral cutting edge, while the first peripheral cutting edge rotates without function.
  • the cutting edge of the cutting tooth can also have two end cutting edges which each act in opposite directions of rotation, that is to say carry out a material removal on the workpiece.
  • the circumferential cutting edge and the front cutting edge acting in the same direction of rotation can converge on a radially outer, frontal cutting edge.
  • the peripheral cutting edges formed on a cutting tooth and / or the front cutting edges can be mirror-symmetrical to each other, with reference to a plane passing through the tool axis mirror plane.
  • the respective functionless circumferential cutting edge (and / or end cutting edge) can scrape or press against the machined workpiece surface with its back or free surface, resulting in a self-sharpening effect of the front and / or peripheral cutting edge which rotates without function.
  • Such a self-sharpening effect of the respective cutting edge is obtained in particular in the case of the milling tooth geometry described below:
  • a rake face facing a chip space and a peripheral free face can converge on each of the circumferential cutting edges.
  • a rake face facing a chip space and a face-side flank face can converge at each end cutting edge.
  • the peripheral free space can be completed with the formation of a peripheral chip chamber with a clearance angle at the respective peripheral cutting edge. Accordingly, the frontal free space between the end cutting edges under education an end-side chip chamber complete with a clearance angle at the respective end cutting edge.
  • the frontal and circumferential open areas defined above merge into one another at a concave free edge.
  • the free edge extends between the two cutting corners of the cutting tooth, at which, as defined above, the respective circumferential and end cutting edges converge.
  • the cutting tooth may be a cutting plate formed as a separate component.
  • the insert may be inserted in a recess of a base body of the milling tool, namely materially and / or positively, for example by a solder and / or weld, or alternatively / additionally by a clamping and / or screw connection.
  • Both the peripheral cutting edges and the end cutting edges can be formed on the cutting plate.
  • the cutting plate forming the cutting tooth in the installation position, can project beyond the base body with a radial offset on the circumference. In the same way, the cutting plate can project beyond the base body by an axial offset.
  • the frontal rake faces and also the peripheral rake faces can each be formed by the cutting plate.
  • the chip spaces can be formed groove-shaped in the main body of the milling tool.
  • the face milling tool can preferably be supplied with coolant via a coolant supply system in milling operation.
  • a coolant supply system in milling operation.
  • at least one coolant outlet connected to the coolant supply system can be formed especially in the free surfaces of the cutting tooth.
  • one Reliable coolant supply may have the Stirnfrästechnikmaschine a central coolant chamber. This is on the one hand connected to a central channel with the coolant supply system.
  • at least one coolant channel can branch off from the central coolant chamber and be led to the coolant outlet at the milling tooth clearance surface.
  • the coolant chamber may be a recess formed on the tool face, for example in the main body.
  • the recess is bounded on the one hand by the inner circumference of the base body, by a base-body-side bottom wall and by a detachable cover plate, which closes the recess in a fluid-tight manner on the end face of the tool.
  • Fig. 9 is a view corresponding to FIG. 6 according to another
  • Embodiment. 10 is an exploded view corresponding to Figure 4 with highlighted by arrows coolant flow paths ..;
  • FIG. 1 a conventional end milling tool 1 will first be described for easier understanding of the invention, which forms the starting point of the invention and is used in circumferential end milling.
  • the tool axis W of the end milling tool 1 is aligned perpendicular to a workpiece surface 3 to be machined.
  • the milling tool 1 has a number of uniformly distributed cutting teeth 5 on the circumference. These have peripheral cutters 7 formed on the outer circumference and face cutters (not shown in FIG. 1) formed on the end face of the milling tool 1, which face the tool surface 3.
  • the milling tool 1 cuts the material mainly with the peripheral cutting edges 7, while the end cutting edges merely mill the already machined workpiece surface 9 to a nominal dimension or, alternatively, merely scrap-scraping.
  • the milling tool 1 is driven with a rotational movement R about the tool axis W.
  • the end milling tool 1 is driven at a feed rate v transversely to the tool axis W and along the workpiece surface 3.
  • a clearance angle ⁇ is spanned in FIG. 1 between a cutting rear side (hereinafter free space) 11 and an imaginary circular line along which the peripheral cutting edges 7 move.
  • the wedge angle ß is spanned between the cutting front side (hereinafter clamping surface) 13 and the free surface 11.
  • the rake angle ⁇ is between a radius line on which the peripheral edge 7, and the cutting rake face 13 is clamped.
  • the clearance angle ⁇ is of importance. For example, for an increase in the feed rate v, the clearance angle ⁇ must also be increased accordingly.
  • the milling tool 1 according to the invention is shown. Accordingly, the milling tool 1 in FIG. 2 has a base body 17 which is rotatable about the tool axis W. At the tool tip a total of twelve inserts are used as separate components in recesses 19 (FIG. 6) of the main body 17.
  • the cutting plates form the above-mentioned cutting teeth 5.
  • the cutting teeth 5 are arranged uniformly distributed in the circumferential direction.
  • the peripheral cutting edge 7 of each of the cutting teeth 5 has, as shown in FIG. 6, two peripheral cutting edges 21 each, which cause material removal in milling operation in opposite directions of rotation.
  • the end cutting edge 23 of each cutting tooth 5 also has two end cutting edges 25 (FIG.
  • a rake surface 39 facing a peripheral chip space 29 and a peripheral free surface 33 converge.
  • the peripheral free surface 33 between the two circumferential cutting edges 21 closes forming a circumferential chip chamber 35 with a clearance angle a u at the respective peripheral cutting edge 21 of the cutting tooth 5 from.
  • FIG. 8 The same geometrical consideration applies in FIG. 8 to the front cutting edges 25 of the cutting tooth 5.
  • a rake surface 39 facing a front side chip space 37 (FIG. 7) and a frontal open surface 41 converge.
  • the end-face free surface 41 of the cutting tooth 5 terminates at the respective end cutting edge 25, forming a front-side chip chamber 43 with a clearance angle a s (FIG. 8).
  • the face-side flank 41 and the peripheral flank 33 of the cutting tooth 5 merge into one another at a likewise concave free edge 45.
  • the free edge 45 extends between the two cutting corners 27 of the cutting tooth. 5
  • each cutting plate i.e., each cutter tooth 5
  • each cutting plate is offset outwardly from the tool peripheral side with a radial displacement Ar, and is displaced forward from the tool face 30 via an axial displacement Aa.
  • the peripheral chip space 29 and the end-side chip space 37 facing clamping surfaces 39 are formed directly by the cutting plate.
  • the peripheral chip space 29 is groove-shaped incorporated into the outer periphery of the main body 17.
  • the front-side chip space 37 between two cutting teeth 5 is formed in the tool end face 30.
  • FIG. 8 shows the geometry of the frontal cutting edges 25 of a cutting tooth 5. Accordingly, the front-side free surface 41 runs together with a clearance angle a s with the respective rake face 39 of the cutting tooth 5, namely to form a not shown wedge angle ß.
  • the rake angle ⁇ is zero in such an embodiment.
  • FIG. 9 shows an alternative cutting tooth geometry in which the circumferentially opposed rake surfaces 39 of the cutting tooth 5 do not lie opposite each other in parallel, but instead converge in a wedge-shaped manner. In this case, a rake angle ⁇ (not shown) that is greater than zero results.
  • the cutting tooth 5 forming cutting plate is designed with a positive locking contour 48, whereby the cutting plate can be additionally held by a positive connection in the base body 17.
  • a further milling tool 1 is shown in an exploded view, in the arrows by means of the flow paths of a coolant 49 are shown, which in the milling operation to the peripheral and end cutting edges 7, 23 can be guided.
  • a coolant line K extending coaxially to the tool axis W is provided in a milling head receptacle 51 (FIG. 4 or 10) carrying the base body 17.
  • the coolant line K is fluidically connected to an external coolant supply system.
  • the coolant line K is guided by the rotationally symmetrical basic body 17 and protrudes with its mouth into an end-side, cylindrical coolant chamber 53 (FIG. 10).
  • the coolant chamber 53 can be seen in the exploded view of FIG.
  • the coolant chamber 53 can also be closed fluid-tight by a detachable end plate 55.
  • the end plate 55 is releasably clamped by means of four screws on the base body 17.
  • coolant channels 57 branch off, which are led up to coolant outlets 59 in the peripheral open surfaces 33 of the respective milling tooth 5.
  • FIGS. 11a and 11b the milling tool 1 is shown in a processing situation analogous to FIG. Thus, the milling tool 1 is driven in Fig.
  • FIG. 11b shows a provision of the milling tool 1, in which the milling tool 1 is driven in an opposite feed direction with a feed rate v 2 and with a reversal of rotational direction, ie with opposite rotational movement R 2 .
  • the burr on the tool edge 61 is eliminated by means of the circumferential and end cutting edges 7, 23, which are not functioning during the milling process (FIG. 11a).

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stirnfräswerkzeug sowie ein Verfahren zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückoberfläche (3) 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), welches Stirnfräswerkzeug zumindest einen Fräszahn (5) mit einer Umfangsschneide (7) und mit einer Stirnschneide (23) aufweist. Erfindungsgemäß weist die Umfangsschneide (7) des Fräszahns (5) zwei Umfangsschneidkanten (21) auf, die jeweils in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken.

Description

Beschreibung
Stirnfräswerkzeuq
Die Erfindung betrifft ein Stirnfräswerkzeug zum Stirnfräsen einer Werkstückoberfläche nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren nach dem Patentanspruch 14.
Die Erzeugung einer ebenen Werkstückoberfläche erfolgt durch ein Stirnfräsen, das in ein Umfangsstirnfräsen und in ein Umfangsstirnplanfräsen unterteilt werden kann. Beim Umfangsstirnplanfräsen (Wälzfräsen) liegt die Werkzeugachse parallel zur bearbeitenden Werkstückoberfläche. Das heißt der Fräser arbeitet nur mit seinen Umfangsschneiden.
Beim Umfangsstirnfräsen steht dagegen die Werkzeugachse rechtwinklig zur Werkstückoberfläche. Die Schneiden des Fräsers sind aufgeteilt in Umfangsschneiden und in Stirnschneiden. Die Umfangsschneiden zerspanen in einer Vorschubbewegung quer zur Werkzeugachse den Oberflächenwerkstoff, während die Stirnschneiden des Fräswerkzeuges die bearbeitete Werkstückoberfläche im Wesentlichen glattschaben.
Aus der DE 195 16 946 A1 ist ein gattungsgemäßes Stirnfräswerkzeug bekannt, das zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückoberfläche einsetzbar ist. Im Fräsbetrieb wird das Fräswerkzeug mit einer Rotationsbewegung um eine zur Werkstückoberfläche rechtwinklige Werkzeugachse sowie mit einer Vorschubbewegung quer zur Werkzeugachse sowie entlang der Werkstückoberfläche angetrieben. Das Fräswerkzeug weist
BBSTÄTIGUNGSKOPIE eine Anzahl von Fräszähnen auf, von denen jeder eine in Längsrichtung der Werkzeugachse verlaufende Umfangsschneide und eine in Querrichtung verlaufende, an der Werkzeug-Stirnseite angeordnete Stirnschneide aufweist, wobei die Stirnschneide das Werkstückmaterial an der Werkstückoberfläche bis auf ein Nennmaß abträgt.
In der DE 195 16 946 A1 sind die Fräszähne als separate Bauteile in einem Grundkörper des Stirnfräswerkzeuges eingesetzt. Nach einer vorgegebenen Betriebsdauer sind die Umfangs- und Stirnschneiden des Fräswerkzeuges nachzuschleifen oder die Schneidplatten auszutauschen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Stirnfräswerkzeug sowie ein Verfahren bereitzustellen, bei dem im Vergleich zu einem herkömmlichen Stirnfräswerkzeug eine höhere Betriebsdauer erzielbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist jeder der Fräszähne des Stirnfräswerkzeuges nicht nur eine Umfangsschneidkante auf, sondern vielmehr zwei Umfangsschneidkanten, die jeweils in entgegengesetzten Drehrichtungen des Werkzeuges wirken. Durch die Bereitstellung von zwei Umfangsschneidkanten je Fräswerkzeug kann somit die Betriebsdauer des Fräswerkzeuges verdoppelt werden. Bei einer Fräsbearbeitung in der ersten Drehrichtung erfolgt somit ein Materialabtrag durch die erste der beiden Umfangsschneidkanten, während die zweite Umfangsschneidkante funktionslos mitdreht. In einer entgegengesetzten Werkzeugdrehrichtung erfolgt dagegen der Materialabtrag durch die zweite Umfangsschneidkante, während die erste Umfangsschneidkante funktionslos mitdreht.
Analog zur Umfangsschneide kann auch die Stirnschneide des Fräszahns zwei Stirnschneidkanten aufweisen, die jeweils in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken, das heißt einen Materialabtrag am Werkstück vornehmen.
In einer technischen Ausführung der Erfindung können die in derselben Drehrichtung wirkenden Umfangsschneidkante und Stirnschneidkante an einer radial äußeren, stirnseitigen Schneidenkante zusammenlaufen. Bevorzugt können die an einem Fräszahn ausgebildeten Umfangsschneidkanten und/oder die Stirnschneidkanten zueinander spiegelsymmetrisch sein, und zwar mit Bezug auf eine durch die Werkzeugachse verlaufende Spiegelebene. Speziell in diesem Fall kann bei geeigneter geometrischer Ausführung die jeweils funktionslose Umfangsschneidkante (und/oder Stirnschneidkante) mit ihrem Rücken bzw. ihrer Freifläche gegen die bearbeitete Werkstückoberfläche schaben oder drücken, wodurch sich ein Selbstschärfungseffekt der funktionslos mitdrehenden Stirn- und/oder Umfangsschneidkante ergibt. Ein solcher Selbstschärfungseffekt der jeweiligen Schneidkante ergibt sich insbesondere bei der nachfolgend beschrieben Fräszahngeometrie: So kann an jeder der Umfangsschneidkante eine, einem Spanraum zugewandte Spanfläche und eine umfangsseitige Freifläche zusammenlaufen. In gleicher Weise kann auch an jeder Stirnschneidkante eine, einem Spanraum zugewandte Spanfläche und eine stirnseitige Freifläche zusammenlaufen. Die umfangsseitige Freifläche kann dabei unter Bildung einer umfangsseitigen Spankammer mit einem Freiwinkel an der jeweiligen Umfangsschneidkante abschließen. Entsprechend kann auch die stirnseitige Freifläche zwischen den Stirnschneidkanten unter Bildung einer stirnseitigen Spankammer mit einem Freiwinkel an der jeweiligen Stirnschneidkante abschließen.
Für eine in Werkzeugumfangsrichtung kompakte Fräszahngeometrie gehen die oben definierten stirnseitigen und umfangsseitigen Freiflächen an einer konkav verlaufenden Freikante ineinander über. Die Freikante erstreckt sich zwischen den beiden Schneidenecken des Fräszahns, an denen, wie oben definiert, die jeweiligen Umfangs- und Stirnschneidkanten zusammenlaufen. In einer technischen Umsetzung kann der Fräszahn eine als separates Bauteil gebildete Schneidplatte sein. Die Schneidplatte kann in einer Ausnehmung eines Grundkörpers des Fräswerkzeuges eingesetzt sein, und zwar stoffschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch eine Löt- und/oder Schweißverbindung, oder alternativ/zusätzlich durch eine Klemm- und/oder Schraubverbindung.
An der Schneidplatte können sowohl die Umfangsschneidkanten als auch die Stirnschneidkanten ausgebildet sein. In der Einbaulage kann hierzu die den Fräszahn bildende Schneidplatte den Grundkörper umfangsseitig mit einem Radialversatz überragen. In gleicher Weise kann die Schneidplatte den Grundkörper stirnseitig um einen Axialversatz überragen. In diesem Fall können die stirnseitigen Spanflächen und auch die umfangsseitigen Spanflächen jeweils durch die Schneidplatte ausgebildet sein. Demgegenüber können die Spanräume nutenförmig im Grundkörper des Fräswerkzeuges ausgebildet sein.
Das Stirnfräswerkzeug kann bevorzugt über ein Kühlmittelversorgungssystem im Fräsbetrieb mit Kühlmittel versorgt werden. Hierzu können speziell in den Freiflächen des Fräszahns zumindest ein mit dem Kühlmittelversor- gungssystem verbundener Kühlmittelauslass ausgebildet sein. Für eine zuverlässige Kühlmittelversorgung kann das Stirnfräswerkzeug eine zentrale Kühlmittelkammer aufweisen. Diese ist einerseits mit einem Zentralkanal mit dem Kühlmittelversorgungssystem verbunden. Andererseits kann von der zentralen Kühlmittelkammer zumindest ein Kühlmittelkanal abzweigen und zum Kühlmittelauslass an der Fräszahn-Freifläche geführt sein.
In einer technischen Realisierung kann die Kühlmittelkammer eine an der Werkzeugstirnseite zum Beispiel im Grundkörper ausgebildete Ausnehmung sein. Die Ausnehmung ist einerseits durch den Innenumfang des Grundkörpers, durch eine grundkörperseitige Bodenwand sowie durch eine lösbare Abdeckplatte begrenzt, die an der Werkzeugstirnseite fluiddicht die Ausnehmung schließt.
In gängiger Praxis wird bei der geometrischen Auslegung des obigen Fräswerkzeuges zwischen einem Freiwinkel, einem Keilwinkel und einem Spanwinkel des jeweiligen Fräszahns unterschieden. Die Größe dieser Winkel hängt von der jeweiligen Werkzeug-/Werkstück-Kombination ab. Speziell der Freiwinkel der Umfangsschneidkanten begrenzt die fertigungstechnisch relevante Vorschubgeschwindigkeit des Stirnfräswerkzeugs. Bei einer Erhöhung des Freiwinkels kann die Vorschubgeschwindigkeit gesteigert werden. Jedoch geht die Freiwinkel-Erhöhung einher mit einer entsprechenden Reduzierung des Keilwinkels der jeweiligen Umfangsschneidkante, wodurch die Gefahr von Werkzeugbruch oder zumindest eines vorzeitigen Verschleißes besteht.
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:
eine Ansicht von oben zur Veranschaulichung eines aus dem Stand der Technik bekannten Stirnfräswerkzeuges; in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Stirnfräswerkzeug; das Stirnfräswerkzeug in perspektivischer Darstellung; das Stirnfräswerkzeug in einer perspektivischen Explosionsdarstellung; jeweils eine Vorderansicht sowie eine Detailansicht der Einzelheit A aus der Fig. 5; das Stirnfräswerkzeug in einer vergrößerten perspektivischen Teilansicht; eine Teilschnittdarstellung eines im Werkzeug-Grundkörper eingesetzten Fräszahns;
Fig. 9 eine Ansicht entsprechend der Fig. 6 gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel. Fig. 10 eine Explosionsdarstellung entsprechend der Fig. 4 mit durch Pfeilen hervorgehobenen Kühlmittel-Strömungswegen;
Fig. 11a und Fig. 11b in Ansichten entsprechend der Fig. 1 das
Stirnfräswerkzeug in unterschiedlichen Betriebszuständen.
Anhand der Fig. 1 wird zunächst zum einfacheren Verständnis der Erfindung ein herkömmliches Stirnfräswerkzeug 1 beschrieben, das den Ausgangspunkt der Erfindung bildet und beim Umfangsstirnfräsen eingesetzt wird. In der Fig. 1 ist die Werkzeugachse W des Stirnfräswerkzeuges 1 senkrecht zu einer zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 3 ausgerichtet. Das Fräswerkzeug 1 weist umfangsseitig eine Reihe von gleichmäßig verteilten Fräszähnen 5 auf. Diese weisen am Außenumfang ausgebildete Umfangsschneiden 7 sowie stirnseitig am Fräswerkzeug 1 ausgebildete Stirnschneiden (in der Fig. 1 nicht gezeigt) auf, die der Werkzeugoberfläche 3 zugewandt sind. Das Fräswerkzeug 1 zerspant den Werkstoff hauptsächlich mit den Umfangsschneiden 7, während die Stirnschneiden lediglich die bereits bearbeitete Werkstückoberfläche 9 auf ein Nennmaß abfräsen oder alternativ lediglich glattschaben. Im dargestellten Fräsbetrieb wird das Fräswerkzeug 1 mit einer Rotationsbewegung R um die Werkzeugachse W angetrieben. Zudem wird das Stirnfräswerkzeug 1 mit einer Vorschubgeschwindigkeit v quer zur Werkzeugachse W sowie entlang der Werkstückoberfläche 3 angetrieben.
Bei jedem der in der Fig. 1 gezeigten Fräszähne 5 wird zwischen einem Freiwinkel a, einem Keilwinkel ß und einem Spanwinkel γ unterschieden. Der Freiwinkel α ist in der Fig. 1 zwischen einer Schneiden-Rückseite (nachfolgend Freifläche) 11 und einer gedachten Kreislinie aufgespannt, entlang der sich die Umfangsschneiden 7 bewegen. Der Keilwinkel ß ist zwischen der Schneiden- Vorderseite (nachfolgend Spanfläche) 13 und der Freifläche 11 aufgespannt. Der Spanwinkel γ ist zwischen einer Radiuslinie, auf der die Umfangsschneide 7 liegt, und der Schneiden-Spanfläche 13 aufgespannt. Im Hinblick auf die Auslegung der Vorschubgeschwindigkeit v ist unter anderem der Freiwinkel α von Bedeutung. Zum Beispiel ist für eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit v entsprechend auch der Freiwinkel α zu erhöhen.
In den Fig. 2 bis 11 ist das erfindungsgemäße Fräswerkzeug 1 gezeigt. Demzufolge weist das Fräswerkzeug 1 in der Fig. 2 einen Grundkörper 17 auf, der um die Werkzeugachse W rotierbar ist. An der Werkzeugspitze sind insgesamt zwölf Schneidplatten als separate Bauteile in Ausnehmungen 19 (Fig. 6) des Grundkörpers 17 eingesetzt. Die Schneidplatten bilden die oben erwähnten Fräszähne 5. Die Fräszähne 5 sind in der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Umfangsschneide 7 jedes der Fräszähne 5 weist gemäß der Fig. 6 jeweils zwei Umfangsschneidkanten 21 auf, die im Fräsbetrieb jeweils in entgegengesetzten Drehrichtungen einen Materialabtrag bewirken. In gleicher Weise weist auch die Stirnschneide 23 jedes Fräszahns 5 zwei Stirnschneidkanten 25 (Fig. 8) auf, die jeweils in entgegengesetzten Drehrichtungen des Werkzeuges 1 einen Materialabtrag am Werkstück bewirken. Wie aus der Fig. 7 hervorgeht, sind die, jeweils in derselben Drehrichtung wirkenden Umfangsschneid- und Stirnschneidkanten 21 , 25 an einer radial äußeren stirnseitigen Schneidenecke 27 zusammengeführt. Die Schneidkanten 21 , 25 des Fräszahns 5 sind dabei mit Bezug auf eine Spiegelebene S (Fig. 5) spiegelsymmetrisch ausgebildet, die durch die Werkzeugachse W verläuft.
An jeder Umfangsschneidkante 21 des in der Fig. 6 gezeigten Fräszahns 5 läuft eine, einem umfangsseitigen Spanraum 29 zugewandte Spanfläche 39 und eine umfangsseitige Freifläche 33 zusammen. Die umfangsseitige Freifläche 33 zwischen den beiden Umfangsschneidkanten 21 schließt dabei unter Bildung einer umfangsseitigen Spankammer 35 mit einem Freiwinkel au an der jeweiligen Umfangsschneidkante 21 des Fräszahns 5 ab.
Die gleiche geometrische Betrachtung gilt in der Fig. 8 auch für die Stirnschneidkanten 25 des Fräszahns 5. An jeder der Stirnschneidkanten 25 läuft eine, einen stirnseitigen Spanraum 37 (Fig. 7) zugewandte Spanfläche 39 und eine stirnseitige Freifläche 41 zusammen. Die stirnseitige Freifläche 41 des Fräszahns 5 schließt unter Bildung einer stirnseitigen Spankammer 43 mit einem Freiwinkel as (Fig. 8) an der jeweiligen Stirnschneidkante 25 ab.
Wie aus der Fig. 7 weiter hervorgeht, gehen die stirnseitige Freifläche 41 und die umfangsseitige Freifläche 33 des Fräszahns 5 an einer ebenfalls konkav verlaufenden Freikante 45 ineinander über. Die Freikante 45 erstreckt sich dabei zwischen den beiden Schneidenecken 27 des Fräszahns 5.
In der Fig. 7 ist jede Schneidplatte (d.h. jeder Fräszahn 5) mit einem Radialversatz Ar von der Werkzeugumfangsseite nach außen versetzt und über einen Axialversatz Aa von der Werkzeugstirnseite 30 nach vorne versetzt. Entsprechend werden die dem umfangsseitigen Spanraum 29 und dem stirnseitigen Spanraum 37 zugewandten Spanflächen 39 unmittelbar durch die Schneidplatte gebildet. Demgegenüber ist der umfangsseitige Spanraum 29 nutförmig in den Außenumfang des Grundkörpers 17 eingearbeitet. Der stirnseitige Spanraum 37 zwischen zwei Fräszähnen 5 ist in der Werkzeug-Stirnseite 30 ausgebildet.
In der Fig. 8 ist die Geometrie der stirnseitigen Schneidkanten 25 eines Fräszahns 5 gezeigt. Demzufolge läuft die stirnseitige Freifläche 41 jeweils mit einem Freiwinkel as mit der jeweiligen Spanfläche 39 des Fräszahns 5 zusammen, und zwar unter Bildung eines nicht eingezeichneten Keilwinkels ß. Der Spanwinkel γ liegt in einer solchen Ausführungsvariante bei Null. Im Unterschied zur Fig. 6 ist in der Fig. 9 eine alternative Fräszahngeometrie dargestellt, bei der sich die in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Spanflächen 39 des Fräszahns 5 nicht parallel gegenüberliegen, sondern vielmehr keilförmig aufeinander zulaufen. In diesem Fall ergibt sich ein Spanwinkel ß (nicht gezeigt), der größer als Null ist. Zudem ist in der Fig. 9 die den Fräszahn 5 bildende Schneidplatte mit einer Formschlusskontur 48 ausgeführt, wodurch die Schneidplatte zusätzlich durch einen Formschluss im Grundkörper 17 gehalten werden kann.
In der Fig. 10 ist ein weiteres Fräswerkzeug 1 in Explosionsdarstellung gezeigt, in der mittels Pfeilen die Strömungswege eines Kühlmittels 49 dargestellt sind, das im Fräsbetrieb bis zu den Umfangs- und Stirnschneiden 7, 23 führbar ist. Zur Kühlmittelzufuhr ist in einer, den Grundkörper 17 tragenden Fräskopfaufnahme 51 (Fig. 4 oder 10) eine koaxial zur Werkzeugachse W verlaufende Kühlmittelleitung K vorgesehen. Die Kühlmittelleitung K ist strömungstechnisch mit einem externen Kühlmittelversorgungssystem verbunden. Im Zusammenbauzustand wird die Kühlmittelleitung K durch den rotationssymmetrisch ausgeführten Grundkörper 17 geführt und ragt diese mit ihrer Mündung in eine stirnseitige, zylindrische Kühlmittelkammer 53 (Fig. 10) ein. Die Kühlmittelkammer 53 ist in der Explosionsdarstellung der Fig. 10 als eine stirnseitig offene hohlzylindrische Ausnehmung ersichtlich, deren Boden sowie deren Umfangswandung durch den Grundkörper 17 definiert sind. Die Kühlmittelkammer 53 kann zudem durch eine lösbare Stirnplatte 55 fluiddicht geschlossen werden. Wie aus der Explosionsdarstellung der Fig. 4 weiter hervorgeht, ist die Stirnplatte 55 mittels vier Schrauben lösbar am Grundkörper 17 festspannbar. Von der oben genannten Kühlmittelkammer 53 im Grundkörper 17 zweigen in der Fig. 10 Kühlmittelkanäle 57 ab, die bis zu Kühlmittelauslässen 59 in den umfangsseitigen Freiflächen 33 des jeweiligen Fräszahns 5 geführt sind. In den Fig. 11a und 11 b ist das Fräswerkzeug 1 in einer Bearbeitungssituation analog zur Fig. 1 gezeigt. So wird das Fräswerkzeug 1 in der Fig. 11a in einer ersten Vorschubrichtung mit einer Vorschubgeschwindigkeit v sowie mit einer Rotationsbewegung R-ι zur Bearbeitung der Werkstückoberfläche 3 angetrieben, und zwar entlang einer Werkstückkante 61 , über die das Fräswerkzeug 1 teilweise hinwegragt. Eine solche Oberflächenbearbeitung führt zwangsläufig zu einer Gratbildung an der Werkstückkante 61.
Im Stand der Technik wird dieser Grat an der Werkstückkante 61 durch einen, dem Fräsvorgang nachgeschalteten Bürstvorgang fertigungstechnisch aufwendig beseitigt. Im Unterschied dazu kann mit dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug 1 ein solcher nachgeschalteter Bürstvorgang weggelassen werden. Vielmehr erfolgt nach der Fräsbearbeitung (Fig. 11a) in der Fig. 11b eine Rückstellung des Fräswerkzeuges 1 , bei der das Fräswerkzeug 1 in einer entgegengesetzten Vorschubrichtung mit einer Vorschubgeschwindigkeit v2 sowie mit einer Drehrichtungsumkehr, d.h. mit entgegengesetzter Rotationsbewegung R2, angetrieben wird. Dadurch wird mittels der beim Fräsvorgang (Fig. 11a) funktionslosen Umfangs- und Stirnschneiden 7, 23 der Grat an der Werkzeugkante 61 beseitigt.

Claims

Ansprüche
Stirnfräswerkzeug zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückoberfläche (3) 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), welches Stirnfräswerkzeug zumindest einen Fräszahn (5) mit einer Umfangsschneide (7) und mit einer Stirnschneide (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsschneide (7) des Fräszahns (5) zwei Umfangsschneidkanten (21 ) aufweist, die jeweils in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken.
Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnschneide (23) des Fräszahns (5) zwei Stirnschneidkanten (25) aufweist, die jeweils in entgegengesetzten Drehrichtungen wirken.
Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in derselben Drehrichtung wirkenden Umfangsschneidkante (21 ) und Stirnschneidkante (25) des Fräszahns (5) an einer radial äußeren stirnseitigen Schneidenecke (27) zusammenlaufen.
Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsschneidkanten (21 ) und/oder die Stirnschneidkanten (25) des Fräszahns (5) mit Bezug auf eine durch die Werkzeugachse (W) verlaufende Spiegelebene (S) spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
5. Stirnfräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Umfangsschneidkante (21) des Fräszahns (5) eine, einem Spanraum (29) zugewandte Spanfläche (39) und eine umfangsseitige Freifläche (33) zusammenlaufen.
6. Stirnfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Stirnschneidkante (25) des Fräszahns (5) eine, einen Spanraum (37) zugewandte Spanfläche (39) und eine stirnseitige Freifläche (41 ) zusammenlaufen.
7. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die umfangsseitige Freifläche (33) zwischen den Umfangsschneidkanten (21 ) des Fräszahns (5) unter Bildung einer umfangsseitigen Spankammer (35) mit einem Freiwinkel (au) an der jeweiligen Umfangsschneidkante (21) abschließt, und/oder dass die stirnseitige Freifläche (41) zwischen den Stirnschneidkanten (25) unter Bildung einer stirnseitigen Spankammer (43) mit einem Freiwinkel (as) an der jeweiligen Stirnschneidkante (25) abschließt.
Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Freifläche (41 ) und die umfangsseitige Freifläche (33) an einer Freikante (45) des Fräszahns (5) ineinander übergehen, und dass insbesondere sich die Freikante (45) zwischen den beiden Schneidenecken (27) des Fräszahns (5) erstreckt.
Stirnfräswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräszahn (5) eine als separates Bauteil gebildete Schneidplatte ist, die in einen Grundkörper (17) des Fräswerkzeugs (1 ) eingesetzt ist.
10. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Fräszahn (5) bildende Schneidplatte den Grundkörper (17) unter Bildung der Spanfläehe (39) umfangsseitig und/oder stirnseitig mit einem Radialversatz (Ar) und/oder einem Axialversatz (Aa) überragt.
1 1 . Stirnfräswerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Freiflächen (33, 41 ) des Fräszahns (5) zumindest ein, mit einem Kühl- und/oder Schmiermittelversorguhgs- system verbundener Kühl- und/oder Schmiermittelauslass (59) ausgebildet ist.
12. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnfräswerkzeug (1 ) eine zentrale Kammer (53) aufweist, die mit dem Kühl- und/oder Schmiermittelversorgungssystem verbunden ist, und dass zumindest ein Kühl- und/oder Schmiermittelkanal (57) von der Kammer (53) zum Kühl- und/oder Schmiermittelauslass (59) geführt ist.
13. Stirnfräswerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkammer (53) an der Werkzeugstirnseite (30) mittels einer lösbaren Abdeckplatte (55) fluiddicht schließbar ist.
14. Verfahren zum Stirnfräsen einer im Wesentlichen ebenen Werkstückfläche (3) mittels eines Stirnfräswerkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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