WO2017198265A1 - Schaftfräser - Google Patents

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WO2017198265A1
WO2017198265A1 PCT/DE2017/100433 DE2017100433W WO2017198265A1 WO 2017198265 A1 WO2017198265 A1 WO 2017198265A1 DE 2017100433 W DE2017100433 W DE 2017100433W WO 2017198265 A1 WO2017198265 A1 WO 2017198265A1
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WO
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cutting edge
peripheral
peripheral cutting
chip space
end mill
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Heike Trautvetter
Kolja Trautvetter
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Heike Trautvetter
Kolja Trautvetter
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/04—Angles
    • B23C2210/0407—Cutting angles
    • B23C2210/0414—Cutting angles different
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/24—Overall form of the milling cutter
    • B23C2210/241—Cross sections of the whole milling cutter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/28—Arrangement of teeth
    • B23C2210/282—Unequal angles between the cutting edges, i.e. cutting edges unequally spaced in the circumferential direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/40—Flutes, i.e. chip conveying grooves
    • B23C2210/402—Flutes, i.e. chip conveying grooves of variable depth
    • B23C2210/405—Flutes, i.e. chip conveying grooves of variable depth having decreasing depth in the direction of the shank from the tip of the tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/40—Flutes, i.e. chip conveying grooves
    • B23C2210/402—Flutes, i.e. chip conveying grooves of variable depth
    • B23C2210/407—Flutes, i.e. chip conveying grooves of variable depth having increasing depth in the direction of the shank from the tip of the tool

Definitions

  • the invention relates to an end mill according to the preamble of the first patent claim.
  • the end mill is to be used preferably for high-performance machining of particular workpieces of metallic material, ceramic material, plastics, composite materials (such as fiber composite material), etc. application.
  • Cutting section has a plurality of unequal indexed blades, which are separated by flutes, wherein at least one of the flutes is of unequal length and wherein the cutter a
  • End mill disclosed in which increases the total cross-sectional area of the milling material gradually from the cutting end in the direction of the clamping area.
  • the cross-sectional area increases continuously uniformly circumferentially, whereby each chip space has the same geometry. It can therefore be too strong
  • the document DE 10243403 A1 discloses a method for producing a tool, in particular a tool
  • the cutter or drill has at least one conveyor spiral, wherein this is introduced in a single operation.
  • the chip space depth is formed constant or variable formed over the length of the drill.
  • the mill / drill has only one cutting edge, which brings out the material from a bore on the conveyor spiral.
  • a milling tool is named in document AT 14275 U1.
  • the milling tool has a head portion with a plurality of spirally rotating blades and a clamping portion for receiving at a machining center.
  • the cutting edges determine the direction of rotation of the milling tool in
  • Machining center and have between the cutting flutes, wherein a first spirally rotating cutting edge and a second spirally rotating cutting edge, which follows the first cutting in a second flute, are arranged such that at each axial position of the head portion of the spiral angle of the second cutting edge smaller than the spiral angle of the first cutting edge is, and the core radius of the second chip flute from the free end in Direction of the tool holder decreases.
  • the chip spaces at the free end are formed uniformly by the geometry, with the first flute not changing its depth in the direction of the clamping area. Only the second flute becomes deeper in the direction of the clamping area and therefore changes the geometry. This can lead to an imbalance in the cutter, which leads to vibrations and vibrations at very high speeds.
  • the invention is based on the object to develop an end mill, with which the Zeitspanvolumen increases and the life / the stoppage can be significantly increased and which a favorable
  • the end mill has a core, to which at least two circumferential cutting edges adjoin, wherein a chip space depth is defined by one circumferential cutting edge and wherein
  • At least one peripheral cutting edge forms a reference cutting edge and wherein the chip space depth of the at least one reference cutting edge is at least partially reduced from an end face of the end mill towards a clamping section and wherein the chip space depth of at least one further peripheral cutting edge of a first peripheral cutting edge type is from a front side of the end mill Direction to a clamping region of the end mill at least partially increased.
  • the chip space depth of the reference cutting edge is reduced over the entire length or one
  • Length range and the chip space depth of the further peripheral cutting edge of the first peripheral cutting edge type increases over the entire length or a length range which preferably corresponds to the length range of the reference cutting edge.
  • the chip space depth of the at least one further circumferential cutting edge of the first peripheral cutting edge type increases from the end face of the end mill towards a clamping region of the end mill opposite to the course of the chip space depth of the reference cutting edge.
  • the chip space depth of the at least one reference cutting edge from the end face of the end mill towards the clamping region of the end mill is over a first
  • Length range remains constant and decreases over a second length range.
  • the chip space depth of the further peripheral cutting edge of the first peripheral cutting edge type is also constant from the end face of the end mill towards the clamping region of the end mill over a first length range and increases over a second length range
  • the chip space depth of the at least one reference cutting edge decreases from the end face of the end mill towards the clamping region of the end mill over a first length range and extends over a second length range
  • the chip space depth of the further peripheral cutting edge of the first peripheral cutting type from the end face of the End mill increases toward the clamping area of the end mill over a first length range and a second
  • Length range extends consistently.
  • the chip space depth corresponds to the further peripheral edge of the first
  • Peripheral cutting edge on the front side or in the direction of the end face substantially the Spanraumtiefe the reference cutting towards the clamping and it corresponds to the chip space depth of the other
  • Circumferential cutting edge of the first peripheral cutting edge in the direction of the clamping area substantially the Spanraumtiefe the reference cutting edge on the front side.
  • the chip space depth of the peripheral cutting edge of the first peripheral cutting edge in the direction of the clamping region smaller than the chip space depth of the reference cutting edge on the end region in order to form a core which is somewhat more stable in the direction of the clamping region.
  • the end mill according to the invention may additionally comprise, in addition to at least one reference cutting edge and at least one further first peripheral cutting edge shape, at least one further second circumferential cutting edge type, the chip space depth of the peripheral cutting edge of the further second circumferential cutting edge type
  • End side of the end mill in the direction of the clamping region of the end mill consistent or substantially constant.
  • the core has a shape deviating from the circular shape, which extends from the end face in the direction of the clamping area spirally.
  • the core also changes its shape in the course from the front to the clamping area.
  • a further advantageous design of the end mill is that the rake angles of at least two circumferential sheaths are different from one another and / or that the rake angle of at least one circumferential cutting edge changes from the end region to the clamping region.
  • the cutter can also have 3 to 6 or more than 6 peripheral cutting.
  • the Schaffräser can have exactly three peripheral cutting, wherein
  • o a peripheral cutting edge is the reference cutting edge or
  • o two peripheral cutting edges are the reference cutting edges.
  • At least one further peripheral cutting edge is a peripheral cutting edge of the first peripheral cutting edge type.
  • the second further peripheral cutting edge can be both a peripheral edge of the first, as well as the second portablestapart.
  • the end mill has exactly four peripheral cutting edges, with two opposing ones
  • At least one further peripheral cutting edge is a peripheral cutting edge first peripheral cutting type.
  • the second further peripheral cutting edge can be both a peripheral cutting edge of the first and the second peripheral cutting edge type.
  • the end mill can also have exactly five peripheral cutting, wherein
  • o a peripheral edge is the reference cutting edge wherein at least one of the other four
  • Circumferential cutting is another peripheral cutting edge of the first peripheral cutting is or
  • Peripheral cutting a peripheral edge of the first calculatorstart may be of the first and / or the second peripheral cutting edge type.
  • the end mill has exactly six peripheral cutting edges, wherein
  • At least one peripheral cutting edge is a reference cutting edge and wherein at least one of the further five peripheral cutting edges is a further peripheral cutting edge of the first peripheral cutting edge type
  • At least two peripheral cutting edges are the reference cutting edges and further peripheral cutting edges are arranged between the reference cutting edges, whereby at least one further cutting edge is arranged
  • Peripheral cutting edge is a peripheral edge of the first
  • peripheral cutting edges are the reference cutting edges, each between two
  • Reference cutting a further peripheral cutting edge is arranged and wherein at least one of the further peripheral cutting edges is a peripheral edge of the first memoristart.
  • Peripheral cutting a peripheral edge of the first calculatorstart may be of the first and / or the second peripheral cutting edge type. In the embodiment with two
  • opposite reference cutting edges are the peripheral cutting of the first and / or the second
  • Peripheral cutting preferably preferably arranged in pairs opposite one another.
  • peripheral cutting edges extend from the end face in the direction of the clamping area in mutually different spiral angles.
  • spiral angles of adjacent circumferential cutting edges can become larger or smaller in the circumferential direction and / or the spiral angle of at least one circumferential cutting edge can vary from the end face to the clamping region.
  • the chip space depth of several or all peripheral cutting edges is changed from the end face of the milling cutter in the direction of the clamping area of the milling cutter.
  • peripheral cutting the second machinesshuntart are in particular conventional peripheral cutting.
  • the peripheral cutting can be made in any length and the peripheral cutting edges also have different lengths.
  • At least one cutting edge extends to the radial center of the end mill in order to ensure a machining over the entire end face region and the removal of the chips.
  • some or all of the peripheral cutting edges may have an unequal tooth pitch relative to each other in the radial section.
  • peripheral blades prefferably have a variable spiral angle varying over their length such that the spiral of a blade on the face of the cutter begins with a defined first helix angle which varies towards the chucking region, i. increased or decreased to a second spiral angle.
  • the chip space size and / or a chip space profile between two adjacent peripheral cutting edges is different from a chip space size and / or a chip space profile between at least one further peripheral cutting edge or chip space size and / or the chip space profile of two other adjacent peripheral cutting edges.
  • the core of the end mill in cross-section at least partially from a circular shape and may for example have an elliptical or otherwise non-circular core shape.
  • the core shape thereby changes spirally in the course from the forehead to the clamping area.
  • the radially outer cutting edges of the peripheral cutting edges lie on a common outer diameter.
  • the diameter of the cutting edges may vary over the length of the cutting area (e.g., in the form of a circumferential diameter taper from the face towards the clamping area).
  • the cutter can be made flat or in the form of a radius on its front side.
  • the core can spiral into the clamping area.
  • the core thus changes in its cross-sectional shape as a function of the axial position.
  • the core may vary in its cross section over the length of the circumferential sheath or a static shape (consistent over the entire length of the peripheral cutting edges) or a variable shape (changing according to the shape and shape of the peripheral sheath and the resulting Spanraumtiefen) exhibit.
  • the rake angle (s) of the peripheral cutters may also vary from the end portion of the end mill to the clamping portion, for example, in the direction of
  • Clamping range to be larger or smaller.
  • the shape of the core is thus significantly defined by the Spanraumtiefen the peripheral cutting and / or the chip space profiles.
  • the chip space sizes and the chip space course and / or the tooth back contours of at least two circumferential cutting edges are preferably different from one another and / or have a variable size over the length of the peripheral cutting edges.
  • the chip space depth of at least two circumferential sheaths is designed differently.
  • an offset angle is provided on the circumference, wherein at least one peripheral cutting edge has a chip space depth that is different from the chip space depths of the other
  • Circumferential cutting is different.
  • a first peripheral cutting edge has a first chip space depth, a second, which is offset circumferentially at a first offset angle
  • Circumferential cutting arranged third peripheral cutting a third Spanraum brieflye and one in a third
  • Offset angle circumferentially offset from the third peripheral edge arranged fourth peripheral edge has a fourth chip space depth, wherein between the fourth peripheral edge and the first peripheral edge a fourth
  • the chip space depths of the substantially opposite circumferential cutting edges are preferably the same, that is, with four peripheral cutting edges, the chip clearance depths of the first and third peripheral cutting edges and / or the chip clearance depths of the second and fourth peripheral cutting edges are each made equal in pairs.
  • the chip space depth of the first and third peripheral cutting edges is the largest in the end region of the end mill (these then form the reference cutting edges) and decreases in the direction of the clamping region to a smallest chip space depth.
  • the chip space depths of the further second and the third peripheral cutting edges are in the front region of the
  • the first and the third peripheral cutting edge (reference cutting edge) and / or the further second and fourth peripheral cutting edge (first type) are designed substantially equal but opposite to each other.
  • the chip space depth of the first and third circumferential sheath decreases from the end region in the direction of the clamping region.
  • the outer diameter of the end mill is constant over the length of the cutting (cylindrical) or conical from the front side in the direction of the clamping area.
  • the diameter can also taper from the end face in the direction of the clamping area.
  • the outer diameter of the tip (front) in the direction of the shank (clamping area) increases conically and the core can also in its cross section from a smallest cross section in the region of the tip (front) to a larger cross section at the end of
  • Circumferential cutting in the direction of the clamping area increase, whereby here too the core changes substantially helically from the end face to the clamping area.
  • peripheral cutting edges extend from the end side in the direction of
  • Clamping area in mutually different spiral angles The spiral angles of adjacent peripheral cutting edges can become larger or smaller in the circumferential direction. Furthermore, the spiral angle of one or more peripheral cutting edges can change over their length.
  • the cutting edge distances of adjacent or opposite circumferential cutting edges can increase or decrease from the end face to the clamping region.
  • a substantially tangential transition is formed in each case between a radial clearance angle of at least one circumferential cutting edge and a tooth back of this circumferential cutting edge.
  • the clearance angle of the cutting edges can also be formed faceted in conventional design. Also, both variants of the design of the clearance angle can be present in an end mill.
  • the end mill is formed such that the rake angle of the reference blade is made larger than the rake angle of the circumferential sheath of the first peripheral blade type.
  • the rake angle of the reference cutting edge is smaller than the rake angle of the circumferential scabbard of the first peripheral cutting edge type.
  • Chip angle also formed uniform.
  • the rake angle between 8 ° -18 ° (preferably 10 ° -16 °), which is large compared to the rake angle, and the rake angle 2 ° -7 ° (preferably 5 ° -5 °) which is small compared to the rake angle are selected .
  • the rake angle is advantageously selected with a large chip space depth between 5 ° -12 ° (preferably 6 ° -10 °) and with small chip space depth between 1 ° -7 ° (preferably 3 ° -6 °).
  • the chip space depth is specified in relation to each other.
  • the rake angle When used for processing of fiber composite material, such as glass fiber or carbon fiber, the rake angle has a large Spanraumtiefe between 12 ° - 25 ° preferably 14 ° to 23 °) and with small Spanraumtiefe between 8 - 16 ° (preferably 10 ° to 14 °) prove advantageous.
  • Circumferential cutting second achievestubar constant chip space depth preferably have a constant rake angle over its length.
  • the end mill is designed such that the rake angle of the reference cutting edge is preferably reduced from a large rake angle in the region of the end face to a small rake angle in the direction of the clamping region. Consequently, the small rake angle of the peripheral edge cutter of the first peripheral cutter type in the area of the front side is increased to a large rake angle in the direction of the clamping area.
  • the end mill is designed such that the rake angle of
  • the reference cutting edge is increased from a small rake angle in the region of the end face to a large rake angle in the direction of the clamping region, with the large rake angle of the peripheral cutting edge of the first
  • Peripheral cutting edge is reduced in the region of the front side to a small rake angle in the direction of the clamping area.
  • the depth of the reference cutting edges at the face preferably corresponds substantially to the depth of a peripheral cutting edge of a conventional milling cutter, but may also be deeper or less deep, depending on
  • the chip space depth can be increased for the same outside diameter since the core cross section can be smaller.
  • the present end mill can consist of HSS, hard metal, cermet, ceramics and all other suitable materials as base material.
  • FIG. 1 shows the side view of an end mill with cylindrical outer diameter and end cutting according to the prior art, Figure 2 frontal view acc.
  • FIG. 1 shows the side view of an end mill with cylindrical outer diameter and end cutting according to the prior art, Figure 2 frontal view acc.
  • FIG. 1 shows the side view of an end mill with cylindrical outer diameter and end cutting according to the prior art, Figure 2 frontal view acc.
  • FIG. 1 shows the side view of an end mill with cylindrical outer diameter and end cutting according to the prior art, Figure 2 frontal view acc.
  • FIG. 1 shows the side view of an end mill with cylindrical outer diameter and end cutting according to the prior art
  • FIG. 3 section A-A according to FIG. 1,
  • FIG. 5 shows the side view of an end mill according to the invention with a cylindrical outside diameter and cutting edges
  • FIG. 6 shows the front view according to FIG. Fig. 5,
  • FIG. 7 Section B-B according to FIG. Fig. 5,
  • FIG. 8 shows the schematic diagram of the core with the peripheral cutting edges on the front side and in the shaft region of the core
  • Figure 9 shows the chip space course of the teeth 6 and 9 or 7 and 8 in the side view, with in the direction of
  • FIG. 11 shows the frontal view of an end mill with three peripheral cutting edges
  • Figure 12 is the front view of an end mill with five peripheral cutting edges, one of them
  • FIG. 13 shows the frontal view of an end milling cutter with six peripheral cutting edges
  • FIG. 14 shows a diagram of the tool life of a conventional milling cutter with 6 peripheral cutting edges and the milling cutter according to the invention with 4 peripheral cutting edges,
  • FIG. 15 shows the side view of a cylindrical end mill with a radius in the direction of the end face
  • FIG. 16 is a side view of a conical end mill
  • FIG. 17 shows the cross-section C-C according to FIG. 16,
  • FIG. 18 shows the cross-section D-D according to FIG. 16,
  • FIG. 19 shows a schematic representation of the development of a reference cutting edge and two further peripheral cutting edges
  • FIG. 20 shows a schematic representation of the development of a further variant of a reference cutting edge and two further peripheral cutting edges
  • Figure 21 is the front view of an end mill with five
  • Circumferential cutting including two reference cutting edges
  • FIG. 22 shows the front view of an end mill with five
  • Circumferential cutting including three reference cutting edges.
  • FIG. 1 An end mill 1 'according to the prior art is shown in Figure 1 in the side view, in Figure 2 from the direction of the end face 1S' and in Figure 3 in section A-A according to Figure 1.
  • the end mill l here has four cutting edges 1.1', 1.2 ', 1.3', 1.4 '(see Figure 2) to which in each case a peripheral edge 1.1 ", 1.2", 1.3 ", 1.4" followed.
  • Circumferential cutting 1.1 "to 1.4" provided.
  • FIG. 1 An enlarged view of the end mill 1 'according to the prior art from the direction of the end face 1 S' is shown in FIG. It can be seen that the core 11 'has a circular cross section with a diameter 11 D'.
  • the outer diameter 1 D 'of the end mill is substantially the same from the end face 1 S to the shaft, resulting in a substantially cylindrical shape of the end mill 1.
  • the rake angle ⁇ ' is indicated by way of example on the peripheral cutting edge 1.1 ".
  • the rake angle ⁇ ' is the same for all circumferential cutting edges 1.1" to 1.4 "and over their entire cutting edge length.
  • the cutting edges 1.1 'to 1.4' and the peripheral cutting edges 1.1 "to 1.4" have an imbalance Tu '. Between a radial clearance angle VW each peripheral cutting 1.1 "to 1.4" (here only offered on the
  • Circumferential cutting edge 1.3 a tooth back of this R1" to R4 "of the peripheral cutting 1.1" to 1.4 "is an undercut S 'available.
  • the power transmission of the chip force F '(bold arrow) is not optimally guided by the undercut behind the peripheral sheath 1.1 "to 1.4" on the non-designated cutting edge.
  • the power transmission is due to the undercut in the radial direction well below the cutting edge on the rake face.
  • the cutting edge is weakened during chip formation, resulting in a swinging of the cutting edge during the cutting process, which greatly reduces the wear resistance of the end mill and affects the quality of machining.
  • FIGS. 5 to 7 a cylindrical end mill 1 according to the invention in FIG. 5 is shown in side view, in FIG.
  • FIG. 6 in the view from the direction of the end face 1 S and in Figure 7 in cross section B-B shown in FIG 5.
  • a clamping region 1 E is formed in accordance with FIG.
  • the end mill 1 has on its front side 1 S here four cutting edges 2, 3, 4, 5 (see Fig. 6).
  • Four peripheral cutting edges 6, 7, 8, 9 with rake angles Wx (only plotted on the first peripheral cutting edge 6) adjoin the four cutting edges 2 to 5.
  • the cutting edges 2 to 5 and the peripheral cutting edges 2 to 9 are numbered consecutively in the clockwise direction.
  • the peripheral cutting 6 to 9 can be made in any length. In the illustrated embodiment, they extend over a
  • Cutting length LS (see Figure 5) and have a spiral angle 1 Wauf.
  • At least one end cutting edge must reach the radial center of the end mill 1, i. to the longitudinal axis A, run. In the example shown (FIG. 6), these are the oppositely disposed cutting edges 2 and 4.
  • the cutting edges 3 and 5 and the peripheral cutting edges 7 and 9 have an unequal pitch Tu in a radial section (FIG. 6) relative to each other.
  • the second peripheral cutting edge 7 has a second chip space depth t7
  • the third peripheral cutting edge 8 has a third chip space depth t8
  • the fourth peripheral cutting edge 9 has a fourth chip space depth t9.
  • t6 and t8 are substantially the same and t7 and t9 are also substantially equal, with the chip space depths t6 and t8 being greater than the chip space depths t7 and t9.
  • the Spanraumtiefen t6 and t8 of the opposite peripheral cutting edges 6 and 8 in the region of the end face 1 S in about twice as deep as the Chip depths t7 and t9.
  • the peripheral cutting edges 6 and 8 have at the end face the largest chip space depth t6, t8 and form the reference cutting edges R.
  • the other two peripheral cutting edges 7 and 9 have at the end face the smallest chip space depth t7 and t9 and are in the form of peripheral cutting edges of FIG
  • the chip space depth changes over the length inversely to the chip space depth of the reference cutters R.
  • the different chip space depths of the peripheral cutters 6 to 9 result in an elliptical shape of the core 11 of the end mill 1.
  • the second peripheral cutting edge 7 is arranged radially to the first peripheral cutting edge 6 in a first offset angle a1, between the second peripheral cutting edge 7 and the third peripheral cutting edge 8 is a second
  • Offset angle a2 present, between the third peripheral cutting edge 8 and the fourth peripheral cutting edge 9, a third offset angle a3 is present and between the fourth peripheral cutting edge 9 and the first peripheral cutting edge 6 a fourth offset angle a4.
  • the first and third offset angles a1 and a3 are smaller than the second and fourth offset angles a2 and a4, whereby the distance between the first and second peripheral blades 6 and 7 and the third and fourth peripheral blades is smaller than the distance between the first and second peripheral blades
  • the tooth back contours 6K to 9K of the peripheral cutting edges 6 to 9 are different from each other, in which case the tooth back contours 6K and 8K of the first peripheral sheath 6 and the third circumferential cutting edge 8 are essentially the same and the
  • Tooth back contours 7K and 9K of the second peripheral sheath 7 and the fourth peripheral cutting edge 9 are also made substantially the same.
  • the chip space depths t6 to t9 and the tooth back contours 6K to 9K can also be designed to be different in size and variable in deviation from the illustrated embodiment.
  • the core 11 can spiral (helically) in the direction of the clamping area 1 E out change, which is apparent from Figures 6 and 7. In this case, preferably all peripheral cutting 6 to 9 different spiral angle.
  • Offset angles a1 to a4 result in different chip space profiles P1 to P4, which are indicated differently hatched in FIGS. 6 and 7. Between the first and second peripheral cutting edges 6 and 7, the first chip space profile P2 (point hatching), between the second and third peripheral cutting edges, the chip space profile P2 (dashed line), between the third and fourth peripheral cutting edges 8, 9 the chip space profile P3
  • Circumferential cutting 7 and 9 with the here small chip space depths t7 and t9 and the smallest width b2 between the vertices S3 and S4 between the here long first and third peripheral cutting edges 6 and 8 with the chip space depths t6 and t8 extends - is from the section BB in Figure 7 it can be seen that, due to the chip space depths of the first to fourth peripheral cutting edges 6 to 9, which extend in a spiral around the core 11 over the length of the peripheral cutting edges 6 to 9, the elliptical core 11 now has a different position or orientation - here radially offset by approx. 90 ° compared to the front side - has.
  • the view thus represented in the section BB illustrates that the second and fourth peripheral cutters 7 and 9 (first type peripheral cutters U1) deeper here have a larger chip space depth t7 'and t9' and the shorter first and second cutters here
  • Circumferential cutting edges 6 and 8 (reference cutting edges R) have a smaller chip space depth t6 'and t8' compared with the chip space depths t6 and t8 at the end face (FIG. 6).
  • the core 11 in the area of the section B-B gem. 7 shows an orientation in which the greatest width b1 of the ellipse of the core 11 between the vertices S1 and S2 between the now shorter first and third peripheral cutting edges 6 and 8 with the here small chip space depths t6 'and t8' and the smallest width b2 between the vertices S3 and S4 between the second and fourth lengths here
  • Circumferential cutting 7 and 9 with the here larger chip space depths t7 'and t9' extends.
  • the chip clearance depths of the first and third peripheral blades 6 and 8 can be further reduced toward the gripping area, and the chip clearance depths of the second and fourth peripheral blades 7 and 9 (further peripheral blades of the first kind U1) can further increase toward the gripping area.
  • the first and second chip space depths t6 and t8 of the first and third peripheral cutting edges 6 and 8 thus preferably have a defined size on the end face 1 S, which reduces towards the clamping area E E and the second and fourth chip space depths t7 and t9 of the second and fourth peripheral cutting edges 7 and 9 (which are arranged between the peripheral cutting edges 6 and 7) have at the end face 1 S a defined size, which increases towards the clamping area 1 E out.
  • Circumferential cutting 6 and 8 at the end face 1 S substantially the same chip space depth t6 and t8, which decreases in the direction of the clamping area 1 E to the substantially same chip space depth t6 'and t8'.
  • the second and fourth peripheral cutting edges 7 and 9 on the end face 1 S have substantially the same (smaller) chip space depth t7 and t9, which increases in the direction of the clamping area to the substantially identical chip space depth t7 'and t9'.
  • Circumferential cutting 6 and 8 on the front side 1 S corresponds approximately to the chip space depth t7 'and t9' of the intervening third and fourth cutting edges 7 and 9 in the direction of the clamping area.
  • the outer diameter D of the end mill in the area of the circumferential cutters 7 to 9, as shown in FIG. 7, is essentially the same from the end face 1 S in the direction of the clamping area 1 E (not shown here).
  • FIG. 8 The schematic diagram of the change of the core 11 in the chip space depth from the direction of the end face 1 S in the direction of the clamping area 1 E changing circumferential sheaths 6 to 9 of an end mill 1 is shown in Figure 8. It can be seen that the elliptical core 11 rotates from the direction of the end face 1 S in its position in the direction of the clamping area 1 E and that the size of the peripheral cutting edges 6 to 9 also changes due to the changing chip space depths (not shown here).
  • the opposing first and third peripheral cutting edges 6 and 8 are larger (deeper) than the second and fourth peripheral cutting edges 7 and 9 (further peripheral cutting edges of the first type U1).
  • Clamping area 1 E are the opposing first and third peripheral cutting edge 6 and 8
  • Clamping range 1 E of the end mill 1 asymmetric from large a1 to small a2.
  • the chip space depths in the shank region of the respective peripheral cutting edges are reduced in a constructive manner towards the clamping region E.sub.E.
  • Kemabstand the two opposite chip spaces in the shaft area increases. The result is a conically widening Kemabstand (Figure 8).
  • FIG. 10 shows the chip space course of the first and second peripheral cutting edges 6 and 7 and of the third and fourth peripheral cutting edges 8 and 9 in side view, with one from the end face 1 S in the direction of
  • Chipping behavior passed more favorable angle on the peripheral cutting edge. This results in a variable and in itself over the length of its shape and position changing core, which can take any possible or arbitrary shape, depending on the changing with respect to the length of the peripheral cutting chip space depth of the peripheral cutting.
  • Chip space depth of the second and fourth peripheral cutting edge 7 and 9 also be completely different from each other. This creates an elliptical or other shaped core. This changes in shape to the shaft, depending on the Spanraumianae the peripheral cutting.
  • the core can thus change in its radial position as a function of the axial position and thereby assume any desired geometric shapes.
  • the core is defined by the chip space depths and the chip space profiles formed between the peripheral cutting edges.
  • the division / breakdown and shape of the different chip space depths and chip space profiles of the individual peripheral cutting edges can also have any desired variant, depending on the number of peripheral cutting edges.
  • the chip space and thus the chip space profile P2 and P4 are made larger than the chip space profile P1 and P3 (see FIG. 6) ), Since the Abtragbetrag (chip volume) of the material to be machined between each of these two pairs of teeth in the form of the peripheral cutting edges 7 and 8 and 9 and 6 is greater.
  • the distance between the first peripheral cutting edge 6 and the second peripheral cutting edge 7 and between the third peripheral cutting edge 8 and the fourth peripheral cutting edge 9 is smaller and the distance between the first
  • the chip space and therefore also the chip space profile P1 and P3 can be made smaller. This has the advantage that the peripheral cutting edges 6 and 8 can be structurally more stable in the forehead area. The transmission of the chip force F (see Fig. 6) and the torque is thereby in one
  • the end mill 1 it is also possible to provide the end mill 1 according to the invention with three peripheral cutting edges 6, 7, 8 (FIG. 11).
  • the first cutting edge 2 extends to the center of the end mill 1. Radially follows the first peripheral cutting edge 6 with a chip space depth t6.
  • the first peripheral cutting edge 6 is designed here as a reference cutting edge R. It has the largest chip space depth t6 in the direction of the end face 1 S.
  • a second peripheral cutting edge 7 is then provided with a chip space depth t7 and then the third peripheral sheath 8 with a chip space depth t8.
  • the chip space depth of the first decreases
  • Peripheral cutting edge 6 reference cutting edge
  • the chip space depths of the second and third circumferential sheaths 7, 8 are larger, wherein the outer diameter over the length of the peripheral cutting edges 7 to 9 is substantially constant.
  • the peripheral blades 7 and 8 preferably belong to the first peripheral cutting type U1.
  • the chip space depth of the peripheral cutting edge (s) of the second peripheral cutting edge type is preferably in the region of the end face between the chip space depth of the reference cutting edge (s) and the circumferential cutting edge (s) of the first
  • Peripheral cutting edge regardless of the number of peripheral cutting, wherein the chip space depth of the reference cutting edge (s) decreases from the front side, increases the chip space (s) of the peripheral cutting of the first kind and the Spanraumtiefe the peripheral cutting of the second kind remains substantially constant.
  • FIG. 12 shows an end milling cutter 1 from the direction of the end face 1 S with five peripheral cutting edges 6 to 10.
  • the first cutting edge 2 extends into the center of the end mill 1. Radially, the first peripheral cutting edge 6 adjoins it with a chip space depth t6 ,
  • the first peripheral cutting edge 6 is designed here as a reference cutting edge R. It has the largest chip space depth t6 in on the front side 1 S.
  • Clockwise direction is then a second peripheral edge 7 with a chip space t7, a third peripheral sheath 8 with a chip space t8, a fourth circumferential sheath 9 with a chip space t9 and a fifth peripheral sheath 10 provided with a chip space t10.
  • the chip space depth t6 of the first peripheral cutting edge 6 (reference cutting edge R) and the chip space depth t8 and t9 of the first cutting edge decreases third and fourth circumferential sheaths 8 and 9 (peripheral cutting of the first kind U1) becomes larger, wherein the
  • Outer diameter over the length of the peripheral cutting 7 to 10 is substantially constant.
  • Circumferential cutting edges 7 and 10 preferably belong to the second circumferential cutting type U2 whose chip space depths t7, t10 are substantially constant over the length of the end mill 1.
  • Circumferential cutting of the first and / or second efficientlystart be selected.
  • FIG. 13 shows an end mill 1 from the direction of the end face 1 S with 3 pairs of respective diametrically opposite toothed cutters 2, 2 a, 3, 3 a, 4 a 4 a and peripheral cutters 6, 6 a, 7, 7 a, 8, 8 a.
  • the diametrically opposite cutting edges 2, 2a extend to the center of the end mill 1.
  • the Spanraum brieflyen t6, t6a diametrically opposed peripheral cutting 6, 6a, the Spanraum brieflyen t7, t7a diametrically opposite peripheral cutting edges 7, 7a and the Spanraumtiefen the diametrically opposite Circumferential cutting 8, 8a are essentially the same in pairs.
  • the tooth back contours, which are not designated here, of the pairwise opposite peripheral cutters 6, 6a, 7, 7a, 8, 8a are of essentially the same design.
  • the peripheral cutting edges 6 and 6a in this case have the largest chip space depths t6 and t6a and thus form two reference cutting edges R.
  • their chip space depths change in the direction of the clamping region, not shown here, from large to small, always over the entire length of the peripheral cutting edges in FIG Substantially the same outer diameter D is present.
  • the further peripheral cutting edges 7, 7a of the first peripheral cutting type Ul while the further peripheral cutting edges 8 and 8a belong to the second peripheral cutting type U2.
  • the rake angles of the individual peripheral cutting edges can be different from each other in all variants.
  • the rake angle of the individual peripheral cutting edges can be variable (not shown). This means that e.g. the rake angle at the forehead starts at 10 ° and ends at 6 ° in the direction of the clamping area or starts at 6 ° and ends at 10 °.
  • the rake angles with one another can be made variable in the end mill.
  • the rake angles can be defined with all possible sizes.
  • the tooth profile improved. Due to the special chip spaces between the peripheral cutting edges 6 and 9 (for example in FIGS. 5 to 7) and between the peripheral cutting edges 7 and 8 in the end region, the machining out of the material to be machined is optimized in the case of frontal machining.
  • the radial clearance angles Wr of the peripheral cutting edges and the tooth back contours 6K to 8K are characterized by tangential transitions - in contrast to the prior art without undercut. It has the advantage that the torque or the force transmission of the chip force F (see bold arrow in Figure 6) is better transferred to the cutting edge of the peripheral cutting (here applied to the cutting edge 8.S the third peripheral cutting 8).
  • the cutting edges of the heavy duty endmill can be used depending on the application
  • Hard coatings are provided (e.g., titanium-aluminum nitrite, titanium-silicon nitride) to which
  • the present invention of the heavy-duty end mill significantly improves the chip removal rate by increasing the cutting speed and feed rate in mechanical manufacturing. Due to the geometric features such as along the length of the peripheral cutting edge changing chip space depths, possibly in conjunction with different spiral angles, different pitches in
  • a Wegwegerhöhung In connection with the elliptical or other shape of the core changing core, different and variable chip depths, different and variable tooth profiles, different and variable rake angles, asymmetrical course of the peripheral cutting edges to each other, a Wegwegerhöhung is given by a multiple.
  • the optimum chip space structure further favors the cutting out of the material to be machined drastically.
  • the variable elliptical or other shaped core significantly reduces the lateral deflection during lateral processing.
  • the cutters had substantially the same outside diameters and lengths, and consisted of both
  • Hard metal The same material (cold work tool steel) was machined with these cutters and the same machining parameters (speed, feed, cutting depth, infeed) were set.
  • FIG. 15 shows a side view of a cylindrical end mill 1 according to the invention with four peripheral cutting edges 6 to 9, in which in the upper half of the side view the cutting corner at the transition between the peripheral cutting edges 6 to 9 and the cutting edges (not designated here) on the front side S1 is formed as a radius ER.
  • the transition may also be formed as a chamfer EF.
  • those of an end mill according to the invention with two or more than two circumferential cutting edges in the direction of the shank can preferably also gradually run out with regard to their chip space depth.
  • FIGS. 16 to 18 are intended to illustrate that the solution according to the invention also applies to a
  • tapered end mill 1 can be applied.
  • the outer diameter increases from a diameter D.1 to the tip or the end face 1S in the direction of the clamping portion 1 E to a diameter D.2 cone-shaped in a cone angle ⁇ and the core can also in its cross section of a smallest cross-section in the area of the stimulus side 1 S on a larger cross section at the end of
  • Circumferential cutting 6, 7, 8, 9 in the direction of the clamping area 1 E increase.
  • the unspecified chip space depths of two essentially opposing cutting edges 6 and 8 are essentially the same - but different from the chip space depths of the two other circumferential cutting edges 7 and 9 (here two circumferential cutting edges first)
  • Peripheral cutting U1 as it was illustrated for cylindrical end mill in Figures 6 and 7, except that there are no trim cutting, since the peripheral cutting 6 to 9 extend to the radial center in the region of the end face 1 S. From the cross section CC, which lies in the direction of the end face 1 S and the cross section D-D, which lies in the direction of the clamping area 1 E, it is clarified that the outer diameter D.1 to a Diameter D.2 increased. From FIG.
  • the first peripheral cutting edge 6 has a cross-sectional area 6.1
  • the second peripheral cross-section 7 has a smaller cross-sectional area 7.1
  • the third peripheral cutting edge 8 has a cross-sectional area 8.1 which essentially corresponds to the cross-sectional area 6.1
  • the fourth peripheral cutting edge 9 a cross-sectional area 9.1, which substantially corresponds to the cross-sectional area 7.1, have.
  • the core 11 has an elliptical cross-sectional area 11.1 due to the different depths of the peripheral cutting edge.
  • Circumferential cutting 8 and 9 is approximately equal to and less than the chip space profile P2.1 between the
  • the first peripheral cutting edge 6 has a now smaller cross sectional area 6.2
  • the second peripheral cutting edge 7 a now larger cross sectional area 7.2
  • the third peripheral cutting edge 8 a smaller cross sectional area 8.2 essentially corresponds to the cross-sectional area 6.2
  • the fourth peripheral cutting edge 9 has a larger cross-sectional area 9.2 here, which essentially corresponds to the cross-sectional area 7.2.
  • the unspecified chip space depths of the first and third peripheral cutting edges 6 and 8 reduce toward the clamping region from the front side and the chip space depths of the second and fourth peripheral cutting edges 7 and 9 (peripheral cutting edge first cutting edge type U1) of FIG the front side towards the clamping area enlarged.
  • the elliptical core 11 is rotated in its orientation by about 90 ° and has a larger compared to the cross-sectional area 11.1 cross-sectional area 11.2.
  • Circumferential cutting 8 and 9 is now greater than the chip space profile P2.2 between the peripheral cutting edges 7 and 8 and P4.2 between the peripheral cutting edges 9 and 6.
  • the chip space profile is in the direction of the clamping region 1 E in the sum of P1 .2 + P2.2 + P3.2 + P4.2 is greater than the chip space profile in the sum of P1.1 + P2.1 + P3.1 + P4.1 in the direction of the stimulus area, since this is also scaled according to the conical shape ,
  • a conical end mill according to the invention may also be provided with end cutting edges and have a radius or a bevel at the transition from the outer diameter to the end face.
  • a conical end mill can also have another one
  • Number of peripheral cutting e.g. 2, 3, 5, 6 and more than 6 have.
  • a conical end mill the peripheral cutting a from the top / front side towards the
  • the conical end mill may have one or more reference cutting, the first with one or more other peripheral cutting
  • Circumferential cutting can be provided.
  • FIG. 19 shows a general basic illustration of the development of a reference cutting edge 6R and two further peripheral cutting edges along the cutting edge length LS.
  • these are developments of circumferential cutting of a cylindrical end mill, in which the outer diameter D from the tip / end side 1 S of the end mill in the direction of the clamping region 1 E of the end mill substantially is constant. Also shown is the Kem preparemesser DK at the respective peripheral edge.
  • the chip space depth tRs of the reference cutting edge R decreases from the tip / end face 1 S in the direction of the clamping region 1 E of the end mill to a chip space depth tR E.
  • the first further circumferential cutting edge U1 is of a further first circumferential cutting edge type. Their chip space depth tU1 s increases from the tip / end face 1S in the direction of
  • the chip space depth tR s of a reference cutting edge R until its end at the clamping region 1 E decreases to a chip space depth tR E 10% to 50% of tR s , preferably 15% to 30% of tR s , in particular 25% of tR s .
  • the first peripheral cutting edge type U1 increases from the end face 1S beginning with a chip space depth tU1s in the direction of the clamping region 1E to the chip space depth tU1E.
  • the chip space depth tU2 s is 20% to 80% of tR s , preferably 40% to 60% of tR s , in particular 50% of tR s , starting from the end face 1 S in the direction of the clamping area 1 E (there tU 2 E ).
  • the chip space depth is reduced / increased linearly at the reference cutting edge R and at the peripheral cutting edge of the first cutting edge type U1, but it is also possible that this increases in a reduced manner in another course.
  • the chip space depth of the reference cutting edge R of tRs already reduces to the chip space depth tR E up to a region of the cutting edge length LS1 ⁇ LS and then continues with this chip space depth tR E in the direction of the clamping region 1E.
  • the chip space depth tU1 s of the circumferential cutting edge of the first peripheral cutting type U1 s increases up to a range of the cutting edge length LS1 ⁇ LS to the chip space depth tU1 E and then runs with it
  • LS1 is about 50% of LS.
  • the chip space depth corresponds to the figures 19 and 20 tU1 s of the further peripheral cutting edge of the first calculatorsimplart U1 at the end face 1 S is substantially the chip space depth tR E of the reference cutting edge R toward the clamping region 1 E, and the chip space depth tU1 E of the further peripheral cutting edge of the first
  • Peripheral cutting U1 in the direction of the clamping portion 1 E is smaller than tRs, since then the core in the direction of the clamping portion 1 E has a larger cross-section, which is advantageous for some applications.
  • the chip space depth tU1 E is reduced to preferably up to 0.7 xtRs, which is shown in FIGS. 19 and 20 by the
  • the chip space depth of a reference cutting from the front side only evenly with the same Spanraumtiefe and then reduced towards the clamping and that the Spanraumtiefe a peripheral cutting first Peripheral cutting only extends from the front side with an equal chip space depth and then increases the chip space depth from a certain cutting length.
  • the cutter according to the invention should have at least one peripheral cutting edge in the form of a
  • Reference cutting edge and at least one further peripheral cutting in the form of a first peripheral cutting type may be combined with at least one other circumferential cutting edge second
  • FIG. 21 shows, from the direction of the end face 1 S, a milling cutter which has 2 reference cutting edges R. These are the peripheral cutting edge 6 located up here and the third peripheral cutting edge 9 extending therefrom in the clockwise direction. Clockwise, the circumferential cutting edge 6 is adjoined by a further peripheral cutting edge 7 of the second peripheral cutting type U2, onto which a further peripheral cutting edge 8 in the form of a first
  • Circumferential cutting type U1 follows. Between the peripheral cutting edges 6 and 9, which are designed as reference cutting edges R, a further peripheral cutting edge 10 is arranged, which is designed as the first peripheral cutting edge type U1.
  • Figure 22 shows an example of an end mill with 5 peripheral cutting edges, of which three as
  • Reference cutting R are performed. These are the peripheral cutting edge 6 located up here and the circumferentially adjacent cutting edge 8 in the clockwise direction and in the clockwise direction
  • a further peripheral cutting edge 7 of the second peripheral cutting edge type U2 is arranged - in its place another circumferential cutting edge of the first circumferential cutting edge type could be provided - and between the circumferential cutting edges 6 and 9 (reference cutting edges R) another peripheral cutting edge 10 of the first peripheral cutting type U1.
  • Circumferential cutting some or all peripheral cutting have different chip depths.
  • Circumferential cutting types are different from each other and change in the course of the forehead to the clamping area.
  • the clearance angle training in the form of radial relief with a substantially tangential transition or a facet-shaped design of the clearance angle offers an additional advantage.
  • a new type of high-performance milling machine in which the chip space depth of at least one first peripheral edge changes for the first time from the tip / end side in the direction of the clamping area and at least one further peripheral edge changes the chip space depth
  • End mill 1 11.1 cross-sectional area of the core 11 in the direction of the end face 1 S of a conical

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schaftfräser (1) mit einem Kern (11), an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird, und erfindungsgemäß wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide (R) bildet und sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide (R) von einer Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise verringert und sich die Spanraumtiefe wenigstens einerweiteren Umfangsschneide einer ersten Umfangsschneidenart (U1) von einer Stimseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise erhöht.

Description

Schaftfräser
Die Erfindung betrifft einen Schaftfräser nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs. Der Schaftfräser soll bevorzugt für die Hochleistungsbearbeitung von insbesondere Werkstücken aus metallischem Werkstoff, Keramikmaterial, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen (wie beispielsweise Faserverbundmaterial) usw. Anwendung finden.
Bekannte Schaftfräser bestehen meist aus einem Basismaterial aus Schnellarbeitsstahl (High Speed Steel - abgeleitete HSS), Hartmetall, Cermet (zusammengesetzt aus engl, ceramic und metal =
Verbundwerkstoffe aus keramischen Werkstoffen in einer metallischen Matrix (Bindemittel)), Keramikstoffen und weiteren meist hochfesten Werkstoffen oder Materialkombinationen. Herkömmliche Schaftfräserweisen Schneiden in Form von Umfangsschneiden und Stimschneiden auf. Die Schneiden können dabei im radialen Schnitt ungleiche Zahnteilungen zueinander und unterschiedliche Spiralwinkel aulweisen. Die Spanraumtiefen der Schneiden zueinander und im Verlauf der einzelnen Schneiden von der Stirn zum Schaft sind gleichmäßig und der Kern des Schaftfräsers weist eine gleichmäßig zylindrische Form auf. Hinter dem Freiwinkel der Umfangsschneide weist der Schaftfräser einen Einstich auf. Durch die ungleichen Zahnteilungen und die verschiedenen Spiralwinkel der Hauptschneiden entstehen unterschiedliche Zahnrückenbreiten. Um eine gleichmäßige Breite des Freiwinkels zu erreichen, wird im definierten Abstand zur Schneide ein Einstich geschliffen. Dies hat den Nachteil, dass die Kraftübertragung an die Schneide nicht optimal verläuft und die Stabilität der Schneide sich stark verringert bzw. der Schaftfräser schneller verschleißt. Der Schaftfräserweist bei jeder Schneide den gleichen Spanwinkel über die gesamte Spanraumlänge auf.
Aus der Druckschrift DE 102015214 964 A1 ist ein asymmetrischer Schaftfräser bekannt, dessen
Schneidenabschnitt eine Vielzahl von ungleich indexierten Klingen aufweist, die durch Spannuten voneinander getrennt sind, wobei mindestens eine der Spannuten von ungleicher Länge ist und wobei der Fräser ein
Ungleichgewicht aufweist. Dies kann insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen nachteilig sein.
Aus der Druckschrift DE 20023 770 U1 ist ein Fräser beziehungsweise ein drehbarer mehrzahniger
Schaftfräser offenbart, bei dem sich die Gesamtquerschnittsfläche des Fräsermaterials allmählich vom Schneidende in Richtung des Einspannbereichs vergrößert. Die Querschnittsfläche nimmt dabei kontinuierlich umfangsseitig gleichmäßig zu, wodurch jeder Spanraum die selbe Geometrie aufweist. Es kann demzufolge zu starken
Schwingungen während der Bearbeitung kommen.
In der Druckschrift DE 10243403 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs, insbesondere eines
Bohrers oder Fräsers beschrieben. Der Fräser bzw. Bohrer weist wenigstens eine Förderwendel auf, wobei dieser in einem einzigen Arbeitsgang eingebracht wird. Die Spanraumtiefe ist dabei konstant oder variabel ausgebildet über die Länge des Bohrers ausgebildet. Gemäß der Druckschrift besitzt der Fräser/Bohrer lediglich eine Schneide, welche das Material aus einer Bohrung über die Förderwendel herausbringt.
Ein Fräswerkzeug wird in der Druckschrift AT 14275 U1 benannt. Das Fräswerkzeug weist einen Kopfabschnitt mit einer Mehrzahl spiralförmig umlaufender Schneiden und einen Einspannabschnitt zur Aufnahme an einem Bearbeitungszentrum auf. Die Schneiden bestimmen die Rotationsrichtung des Fräswerkzeugs im
Bearbeitungszentrum und weisen zwischen den Schneiden Spannuten auf, wobei eine erste spiralförmig umlaufende Schneide und eine zweite spiralförmig umlaufende Schneide, die der ersten Schneide in einer zweiten Spannut folgt, derart angeordnet sind, dass an jeder axialen Position des Kopfabschnitts der Spiralwinkel der zweiten Schneide kleiner als der Spiralwinkel der ersten Schneide ist, und der Kernradius der zweiten Spannut von dem freien Ende in Richtung der Werkzeugaufnahme abnimmt. Die Spanräume am freien Ende sind gleichmäßig von der Geometrie ausgebildet, wobei erste Spannut in Richtung des Einspannbereichs ihre Tiefe nicht verändert. Lediglich die zweite Spannut wird in Richtung des Einspannbereichs tiefer und ändert daher die Geometrie. Dies kann bei dem Fräser zu einem Ungleichgewicht führen, was bei sehr hohen Drehzahlen zu Schwingungen und Vibrationen führt.
Aus der Druckschrift JP 2007-136627 A ist ein Fräser bekannt, bei dem die einzelnen Spanräume unterschiedliche Tiefen aufweisen. Diese bleiben vom freien Ende in Richtung des Einspannabschnitts gleichmäßig in der Geometrie. Auch hier können Schwingungen während der Bearbeitung auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Schaftfräser zu entwickeln, mit dem das Zeitspanvolumen erhöht und die Standzeit / der Standweg signifikant gesteigert werden kann und welcher ein günstiges
Verschleißverhalten aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Schaftfräserweist einen Kern auf, an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird und wobei
erfindungsgemäß wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide bildet und wobei sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide von einer Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zu einem Einspann bereich des Schaftfräsers zumindest bereichsweise verringert und wobei sich die Spanraumtiefe wenigstens einer weiteren Umfangsschneide einer ersten Umfangsschneidenart von einer Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zu einem Einspannbereich des Schaftfräsers zumindest bereichsweise erhöht.
Dabei reduziert sich die Spanraumtiefe der Referenzschneide über die gesamte Länge oder einen
Längenbereich und die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart erhöht sich über die gesamte Länge oder einen Längenbereich, der bevorzugt dem Längenbereich der Referenzschneide entspricht.
Vorteilhafter Weise erhöht sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zu einem Einspannbereich des Schaftfräsers entgegengesetzt zum Verlauf der Spanraumtiefe der Referenzschneide.
Durch die sich entgegengesetzt zueinander ändernden Spanraumtiefen von Referenzschneide und
Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart werden beim Fräsen die auftretenden Schwingungen überraschenderweise erheblich reduziert.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten
Längenbereich gleich bleibend und verringert sich über einen zweiten Längenbereich. Dabei ist die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ebenfalls von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten Längenbereich gleich bleibend und erhöht sich über einen zweiten Längenbereich Gemäß einerweiteren Variante der Erfindung verringert sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten Längenbereich und verläuft über einen zweiten Längenbereich gleich bleibend, wobei die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers über einen ersten Längenbereich erhöht und sich über einen zweiten
Längenbereich gleich bleibend erstreckt.
Vorzugsweise entspricht dabei die Spanraumtiefe der weiteren Umfangsschneide der ersten
Umfangsschneidenart an der Stirnseite bzw. in Richtung zur Stirnseite im Wesentlichen der Spanraumtiefe der Referenzschneide in Richtung zum Einspannbereich und es entspricht die Spanraumtiefe der weiteren
Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich im Wesentlichen der Spanraumtiefe der Referenzschneide an der Stirnseite .
Dabei ist es jedoch auch möglich, die Spanraumtiefe der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich kleiner auszubilden als die Spanraumtiefe der Referenzschneide am Stimbereich um einen in Richtung zum Einspannbereich etwas stabileren Kern auszubilden.
Die Verringerung der Spanraumtiefe derwenigstens einen Referenzschneide und/oderdie Erhöhung der
Spanraumtiefe derwenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers erfolgt bevorzugt linear.
Der erfindungsgemäße Schaftfräser kann zusätzlich zu wenigstens einer Referenzschneide und wenigstens einerweiteren ersten Umfangsschneidenart zusätzlich wenigstens eine weitere zweite Umfangsschneidenart aufweisen, wobei die Spanraumtiefe der Umfangsschneide der weiteren zweiten Umfangsschneidenart von der
Stirnseite des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich des Schaftfräsers gleichbleibend bzw. im Wesentlichen gleich bleibend verläuft.
Der Kern weist eine von der Kreisform abweichende Form auf, die ausgehend von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich spiralförmig verläuft.
Der Kern verändert auch seine Form im Verlauf von der Stirnseite zum Einspannbereich.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung des Schaftfräsers besteht darin, dass die Spanwinkel wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich zueinander sind und/oder dass der Spanwinkel wenigstens einer Umfangsschneide sich vom Stimbereich zum Einspannbereich hin verändert.
Besonders bevorzugt schließen sich umfangsseitig an den Kern genau vier oder genau fünf
Umfangsschneiden an.
Selbstverständlich kann der Fräser aber auch 3 bis 6 oder mehr als 6 Umfangsschneiden aufweisen.
Der Schaffräser kann genau drei Umfangsschneiden aufweisen, wobei
o eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist oder
o zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind.
Dabei ist wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart.
Bei einer Ausführungsform mit einer Referenzschneide und einerweiteren Umfangsschneide der ersten
Umfangsschneidenart kann die zweite weitere Umfangsschneide sowohl eine Umfangsschneide der ersten, als auch der zweiten Umfangsschneidenart sein.
Oder der Schaftfräserweist genau vier Umfangsschneiden auf, wobei zwei sich gegenüberliegende
Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen jeweils zwei Referenzschneiden jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist. Dabei ist wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart. Die zweite weitere Umfangsschneide kann sowohl eine Umfangsschneide der ersten, als auch der zweiten Umfangsschneidenart sein.
Es ist ebenso möglich, dass zwei benachbarte Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind.
Der Schaftfräser kann auch genau fünf Umfangsschneiden aufweisen, wobei
o eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist wobei wenigstens eine der weiteren vier
Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder
o zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwischen den zwei
Referenzschneiden einmal eine weitere Umfangsschneide und einmal zwei nebeneinander liegende weitere Umfangsschneiden angeordnet sind
oder
o drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwei Referenzschneiden
zueinander benachbart sind und zwischen den zwei benachbarten und der dritten Referenzschneide jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist
Auch bei einer Ausführungsform mit genau fünf Umfangsschneiden ist wenigstens eine weitere
Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart. Die übrigen Umfangsschneiden können von der ersten und/oder der zweiten Umfangsschneidenart sein.
Es ist auch möglich, dass der Schaftfräser genau sechs Umfangsschneiden aufweist, wobei
o wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide ist und wobei wenigstens eine der weiteren fünf Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist
oder
o wenigstens zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen den Referenzschneiden weitere Umfangsschneiden angeordnet sind wobei wenigstens eine weitere
Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder
o drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind, wobei jeweils zwischen zwei
Referenzschneiden eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist und wobei wenigstens eine der weiteren Umfangsschneiden eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist.
Auch bei einer Ausführungsform mit genau sechs Umfangsschneiden ist wenigstens eine weitere
Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart. Die übrigen Umfangsschneiden können von der ersten und/oder der zweiten Umfangsschneidenart sein. Bei der Ausführungsform mit zwei
gegenüberliegenden Referenzschneiden sind die Umfangsschneiden der ersten und/oder der zweiten
Umfangsschneidenart bevorzugt jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet.
Dabei ist es möglich, dass sich mehrere oder alle Umfangsschneiden von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich in zueinander unterschiedlichen Spiralwinkeln erstrecken.
Die Spiralwinkel benachbarter Umfangsschneiden können in Umfangsrichtung größer oder kleiner werden und/oder der Spiralwinkel jeweils mindestens einer Umfangsschneide kann sich verändernd von der Stirnseite zum Einspannbereich verlaufen. Überraschenderweise wurde festgestellt und durch Versuche nachgewiesen, dass durch diese neuartige konstruktive Gestaltung die Standzeit bzw. der Standweg des erfindungsgemäßen Schaftfräsers im Vergleich zu herkömmlichen Schaftfräsern um mehr als das doppelte gesteigert werden konnte. Dies bedeutet, dass auch das Zeitspanvolumen erheblich erhöht werden konnte.
Bevorzugt wird dabei die Spanraumtiefe mehrerer oder aller Umfangsschneiden von der Stirnseite des Fräsers in Richtung zum Einspannbereich des Fräsers verändert. Bei Umfangsschneiden der zweiten Umfangsschneidenart handelt es sich insbesondere um herkömmliche Umfangsschneiden.
Dabei können die Umfangsschneiden in beliebiger Länge ausgeführt sein und die Umfangsschneiden auch untereinander unterschiedlichen Längen aufweisen.
Vorteilhafter Weise verläuft mindestens eine Stimschneide bis zum radialen Zentrum des Schaftfräsers um eine spanende Bearbeitung über den gesamten Stirnseitenbereich und den Abtransport der Späne zu gewährleisten.
Gemäß einer Variante der Erfindung können einige oder alle Umfangsschneiden im radialen Schnitt eine ungleiche Zahnteilung zueinander aufweisen.
Weiterhin ist es möglich, dass wenigstens zwei oder alle Umfangsschneiden zueinander unterschiedliche Spiralwinkel aufweisen.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Umfangsschneiden einen sich über deren Länge verändernden, variablen Spiralwinkel aufweisen, sodass die Spirale einer Schneide an der Stirnseite des Fräsers mit einem definierten ersten Spiralwinkel beginnt, der sich in Richtung zum Einspannbereich hin verändert, d.h. auf einen zweiten Spiralwinkel erhöht oder verringert.
Gemäß einerweiteren Variante ist die Spanraumgröße und/oder ein Spanraumprofil zwischen zwei benachbarten Umfangsschneiden unterschiedlich groß zu einer Spanraumgröße und/oder ein Spanraumprofil zwischen wenigstens einerweiteren Umfangsschneide bzw. zur Spanraumgröße und/oder das Spanraumprofil zweier anderer benachbarter Umfangsschneiden.
Durch die unterschiedlichen Spanraumtiefen bzw. Spanraumprofile und damit die unterschiedlichen
Spanraumgrößen weist der Kern des Schaftfräsers im Querschnitt zumindest bereichsweise von einer Kreisform ab und kann beispielsweise eine elliptische oder eine anderweitig unrunde Kernform aufweisen.
Die Kernform verändert sich dadurch im Verlauf von der Stirn zum Einspannbereich spiralförmig.
Die radial außenliegenden Schneidkanten der Umfangsschneiden liegen dabei auf einem gemeinsamen Außendurchmesser. Der Durchmesser der Schneidkanten kann über die Länge des Schneidenbereiches variieren (z.B. in Form einer umfangsseitigen Durchmesserverjüngung von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich) Weiterhin kann der Außendurchmesser sich auch in Richtung zur Stirnseite reduzieren, z.B. bei kegelförmigen Fräsern. Auch kann der Fräser an seiner Stirnseite flach oder in Form eines Radius ausgeführt sein.
Es können auch Schneidenhöhendifferenzen unter den Schneiden zueinander vorgesehen werden, so dass die Außenkontur über die Länge variiert und die Außenkontur auch elliptisch oder oval sein kann. Der Kem kann sich spiralförmig in zum Einspannbereich hin erstrecken.
Insgesamt verändert sich somit der Kern in seiner Querschnittsform in Abhängigkeit der axialen Lage. Weiterhin kann sich der Kern in seinem Querschnitt über die Länge der Umfangsscheiden verändern bzw. eine statische Form (gleichbleibend über die gesamte Länge der Umfangsschneiden) oder eine variable Form (sich verändernd entsprechend des Verlaufs und der Form der Umfangsscheiden und der sich daraus ergebenden Spanraumtiefen) aufweisen.
Dabei können die Spanwinkel zumindest zweier Umfangsschneiden oder auch mehrerer oder aller
Umfangsschneiden unterschiedlich zueinander sein. Der/die Spanwinkel der Umfangsschneiden können sich vom Stirnbereich des Schaftfräsers zum Einspannbereich auch verändern, beispielsweise in Richtung zum
Einspannbereich größer oder kleiner werden.
Die Form des Kerns wird maßgeblich somit durch die Spanraumtiefen der Umfangsschneiden und/oder die Spanraumprofile definiert.
Bevorzugt sind die Spanraumgrößen und der Spanraumverlauf und/oder die Zahnrückenkonturen wenigstens zweier Umfangsschneiden zueinander unterschiedlich und/oder in ihrer Größe über die Länge der Umfangsschneiden variabel ausgebildet.
Dabei ist die Spanraumtiefe wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich ausgeführt.
Zwischen zwei benachbarten Umfangsschneiden ist umfangsseitig jeweils ein Versatzwinkel vorhanden, wobei wenigstens eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe aufweist, die sich von den Spanraumtiefen der anderen
Umfangsschneiden unterscheidet.
Weist ein Schaftfräser beispielsweise vier Umfangsschneiden auf, besitzt eine erste Umfangsschneide eine erste Spanraumtiefe, eine in einem ersten Versatzwinkel umfangsseitig dazu versetzt angeordnete zweite
Umfangsschneide eine zweite Spanraumtiefe, eine in einem zweiten Versatzwinkel umfangsseitig zur zweiten
Umfangsschneide versetzt angeordnete dritte Umfangsschneide eine dritte Spanraumtiefe und eine in einem dritten
Versatzwinkel umfangsseitig zur dritten Umfangsschneide versetzt angeordnete vierte Umfangsschneide weist eine vierte Spanraumtiefe auf, wobei zwischen der vierten Umfangsschneide und der ersten Umfangsschneide ein vierter
Versatzwinkel vorhanden ist.
Die Spanraumtiefen der sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Umfangsschneiden sind bevorzugt gleich ausgebildet, d.h., bei vier Umfangsschneiden sind die Spanraumtiefen der ersten und derdritten Umfangsschneide und/oder die Spanraumtiefen der zweiten und der vierten Umfangsschneide jeweils paarweise gleich ausgeführt.
Die Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide ist dabei im Stirnbereich des Schaftfräsers am größten (diese bilden dann die Referenzschneiden) und verringert sich in Richtung zum Einspannbereich auf eine kleinste Spanraumtiefe.
Die Spanraumtiefen der weiteren zweiten und derdritten Umfangsschneide sind im Stirnbereich des
Schaftfräsers am kleinsten und vergrößern sich in Richtung zum Einspannbereich (Umfangsschneiden 1. Art). Dabei entspricht die größte Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide (Referenzschneiden) am Stirnbereich bevorzugt im Wesentlichen der größten Spanraumtiefe derweiteren zweiten und vierten Umfangsschneiden (1. Art) am Ende der Umfangsschneiden in Richtung Einspannbereich und die kleinste Spanraumtiefe derweiteren zweiten und vierten Umfangsschneide (1. Art) im Stirnbereich der kleinsten Spanraumtiefe der ersten und dritten
Umfangsschneide (Referenzschneide) an deren Ende in Richtung zum Einspannbereich. In diesem Fall sind somit die erste und die dritte Umfangsschneide (Referenzschneide) und/oder die weitere zweite und vierte Umfangsschneide (1. Art) im Wesentlichen gleich jedoch entgegengesetzt zueinander verlaufend ausgebildet.
Bevorzugt im gleichen Maß, wie sich vom Stimbereich in Richtung zum Einspannbereich die Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsscheide (Referenzschneide) verringert, vergrößert sich die Spanraumtiefe der weiteren zweiten und vierten Umfangsschneide.
Der Außendurchmesser des Schaftfräsers ist dabei über die Länge der Schneiden konstant (zylindrisch) oder von der Stirnseite aus in Richtung zum Einspannbereich kegelförmig ausgebildet.
Der Durchmesser kann auch von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich sich verjüngend verlaufen.
Bei einem zylindrischen Schaftfräser mit einem über die gesamte Länge der Schneiden gleichen
Außendurchmesser verändert sich der Kern im Verlauf von der Stirnseite zum Einspannbereich.
Bei einem kegelförmigen Schaftfräser vergrößert sich der Außendurchmesser von der Spitze (Stirn) aus in Richtung zum Schaft (Einspannbereich) kegelförmig und der Kern kann sich ebenfalls in seinem Querschnitt von einem kleinsten Querschnitt im Bereich der Spitze (Stirn) auf einen größeren Querschnitt am Ende der
Umfangsschneiden in Richtung zum Einspannbereich erhöhen, wobei auch hier der Kern sich von der Stirnseite zum Einspannbereich im Wesentlichen spiralförmig verändert.
Bevorzugt erstrecken sich mehrere oder alle Umfangsschneiden von der Stirnseite in Richtung zum
Einspannbereich in zueinander unterschiedlichen Spiralwinkeln. Die Spiralwinkel benachbarter Umfangsschneiden können in Umfangsrichtung größer oder kleiner werden. Weiterhin kann sich der Spiralwinkel einer oder mehrerer Umfangsschneiden über deren Länge verändern.
Weiterhin können sich die Schneidenabstände benachbarter oder gegenüberliegender Umfangsschneiden von der Stirnseite zum Einspannbereich vergrößern oder verringern.
Gemäß einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils zwischen einem radialen Freiwinkel wenigstens einer Umfangsschneide und einem Zahnrücken dieser Umfangsschneide ein im Wesentlichen tangentialer Übergang ausgebildet. Die Freiwinkel der Schneiden können auch in herkömmlicher Ausführung facettenförmig ausgebildet sein. Auch können beide Varianten der Gestaltung der Freiwinkel in einem Schaftfräser vorhanden sein.
Der Schaftfräser ist derart ausgebildet, dass der Spanwinkel der Referenzschneide größer als der Spanwinkel der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart ausgebildet ist. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Spanwinkel der Referenzschneide kleiner als der Spanwinkel der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart ausgebildet.
Bei gleichmäßiger Spanraumtiefe der der Umfangsschneiden der zweiten Umfangsschneidenart sind die
Spanwinkel ebenfalls gleichmäßig ausgebildet.
Je nach Anwendungsbereich haben sich unterschiedliche Spanwinkel für unterschiedliche Materialien als vorteilhaft erwiesen. So wird vorzugsweise zur Bearbeitung von Titan der im Vergleich der Spanwinkel große Spanwinkel zwischen 8° - 18 ° (bevorzugt 10° bis 16°) und der im Vergleich der Spanwinkel kleine Spanwinkel 2° - 7 ° (bevorzugt 5° bis 5°) gewählt. Zur Bearbeitung von hochlegierten Stählen wird vorteilhafter Weise der Spanwinkel bei großer Spanraumtiefe zwischen 5° - 12 ° (bevorzugt 6° bis 10°) und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 1 ° - 7 ° (bevorzugt 3° bis 6°) gewählt. Die Spanraumtiefe ist dabei in Bezug zueinander angegeben.
Bei der Anwendung zur Bearbeitung von Faserverbund material, beispielsweise Glasfaser oder Carbonfaser hat sich der Spanwinkel bei großer Spanraumtiefe zwischen 12° - 25 ° bevorzugt 14° bis 23°) und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 8 - 16 ° (bevorzugt 10° bis 14°) als vorteilhaft ergeben.
Dabei kann der sich Spanwinkel bei einer Umfangsschneide über deren Länge von groß auf klein oder von klein auf groß ändern.
Umfangsschneiden zweiter Umfangsschneidenart mit konstanter Spanraumtiefe weisen vorzugsweise über ihre Länge einen konstanten Spanwinkel auf.
Der Schaftfräser ist derart ausgebildet, dass der Spanwinkel der Referenzschneide bevorzugt von einem großen Spanwinkel im Bereich der Stirnseite auf einen kleinen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs reduziert ist. Folglich ist der kleine Spanwinkel der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart im Bereich der Stirnseite auf einen großen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs vergrößert.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Schaftfräser derart ausgebildet, dass der Spanwinkel der
Referenzschneide von einem kleinen Spanwinkel im Bereich der Stirnseite auf einen großen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs vergrößert ist wobei zudem der große Spanwinkel der Umfangsschneide der ersten
Umfangsschneidenart im Bereich der Stirnseite auf einen kleinen Spanwinkel in Richtung des Einspannbereichs reduziert ist.
Die Tiefe der Referenzschneiden an der Stirnseite entspricht bevorzugt im Wesentlichen der Tiefe einer Umfangsschneide eines herkömmlichen Fräsers, kann aber auch tiefer oder weniger tief sein, je nach
Bearbeitungsaufgabe.
Beispielsweise für die Bearbeitung von hochfesten Materialien wie hochlegierte Stähle, ist bei einem bestimmten Außendurchmesser ein größerer Kernquerschnitt erforderlich, um die erforderliche Stabilität zu gewährleisten - dass wird eine kleinere Spanraumtiefe der Referenzschneiden im Stimbereich gewählt.
Soll mit einem Schaftfräser mit gleichem Außendurchmesser beispielsweise GFK, CFK oder ein Leichtmetall wie Aluminium bearbeitet werden, kann bei gleichem Außendurchmesser die Spanraumtiefe vergrößert werden, da der Kernquerschnitt geringer sein kann.
Der vorliegende Schaftfräser kann als Basismaterial aus HSS, Hartmetall, Cermet, Keramikwerkstoffen und alle anderen möglichen geeigneten Werkstoffen bestehen.
Untersuchungen zwischen einem herkömmlichen Fräser und dem erfindungsgemäßen Fräser konnten nachweisen, dass der Standweg des erfindungsgemäßen Schaftfräsers im Vergleich zu einem herkömmlichen Schaftfräser mehr als verdoppelt werden konnte.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die Seitenansicht eines Schaftfräsers mit zylindrischem Außendurchmesser und Stirnschneiden nach dem Stand der Technik, Figur 2 stirnseitige Ansicht gem. Figur 1 ,
Figur 3 Schnitt A-A gemäß Figur 1 ,
Figur 4 vergrößerte stirnseitige Ansicht gem. Fig. 1 ,
Figur 5 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schaftfräsers mit zylindrischem Außendurchmesser und Stimschneiden,
Figur 6 die Stirnseitige Ansicht gem. Fig. 5,
Figur 7 Schnitt B-B gem. Fig. 5,
Figur 8 die Prinzipskizze des Kerns mit den Umfangsschneiden an der Stirnseite und im Schaftbereich des
Schaftfräsers,
Figur 9 den Spanraumverlauf der Zähne 6 und 9 bzw. 7 und 8 in der Seitenansicht, mit sich in Richtung zum
Einspannbereich verringernden Abstand,
FigurlO den Spanraumverlauf der Zähne 6 und 7 bzw. 8 und 9 in der Seitenansicht, mit sich in Richtung zum
Einspannbereich vergrößernden Abstand,
Figur 11 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit drei Umfangsschneiden,
Figur 12 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit fünf Umfangsschneiden, davon eine
Referenzschneide,
Figur 13 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit sechs Umfangsschneiden,
Figur 14 ein Diagramm des Standweges eines herkömmlichen Fräsers mit 6 Umfangsschneiden und des erfindungsgemäßen mit Fräsers mit 4 Umfangsschneiden,
Figur 15 die Seitenansicht eines zylindrischen Schaftfräsers mit einem Radius in Richtung zur Stirnseite,
Figur 16 die Seitenansicht eines kegelförmigen Schaftfräsers,
Figur 17 den Querschnitt C-C gemäß Figur 16,
Figur 18 den Querschnitt D-D gemäß Figur 16,
Figur 19 Prinzipdarstellung der Abwicklung einer Referenzschneide und zweier weiterer Umfangsschneiden, Figur 20 Prinzipdarstellung der Abwicklung einerweiteren Variante einer Referenzschneide und zweier weiterer Umfangsschneiden,
Figur 21 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit fünf
Umfangsschneiden, davon zwei Referenzschneiden,
Figur 22 die stirnseitige Ansicht eines Schaftfräsers mit fünf
Umfangsschneiden, davon drei Referenzschneiden.
Ein Schaftfräser 1 ' nach dem Stand der Technik ist in Figur 1 in der Seitenansicht, in Figur 2 aus Richtung der Stirnseite 1S' und in Figur 3 im Schnitt A-A gemäß Figur 1 dargestellt.
Der Schaftfräser l ' weist hier vier Stimschneiden 1.1 ', 1.2', 1.3', 1.4' auf (siehe Figur2) an die sich jeweils eine Umfangsschneide 1.1 ", 1.2", 1.3", 1.4" anschließt.
An dem der Stirnseite 1 S' gegenüberliegenden Ende ist ein Einspannbereich 1 E ausgebildet, mit welchem der Schaftfräser 1 ' in ein Spannfutter einer Hauptspindel einer Fräsmaschine bzw. eines Fräsbearbeitungszentrums eingespannt wird. Nach diesem Stand der Technik sind hier vier Stimschneiden 1.1 ' bis 1.4' und vier
Umfangsschneiden 1.1 " bis 1.4" vorgesehen.
Alle 4 Umfangsschneiden 1.1 " bis 1.4" winden sich in einem gleichen Spiralwinkel 1 W um den kreisförmigen
Kern 11 '. Aus der Figur 2 ist ersichtlich, dass die zwei sich gegenüberliegenden Stimschneiden 1.1 ' und 1.3' bis in das Zentrum des Schaftfräsers reichen, wodurch gewährleistet ist, dass ein Spanabtrag über die gesamte Stirnseite 1 S' erfolgt. Die Form der Umfangssch neiden 1.1 " bis 1.4" ist gleich, was insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist und woraus sich für alle Umfangsschneiden 1.1 " bis 1.4" die gleiche Spanraumtiefe t' ergibt.
Eine vergrößerte Darstellung des Schaftfräsers 1 ' nach dem Stand der Technik aus Richtung der Stirnseite 1 S' wird in Figur 4 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass der Kern 11 ' einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser 11 D' aufweist.
Der Außendurchmesser 1 D' des Schaftfräsers ist von der Stirnseite 1 S bis zum Schaft im Wesentlichen gleich ausgebildet, wodurch sich eine im Wesentlichen zylindrische Form des Schaftfräsers 1 ergibt.
Weiterhin ist der Spanwinkel α' beispielhaft an der Umfangsschneide 1.1 " angetragen. Der Spanwinkel α' ist bei allen Umfangsschneiden 1.1 " bis 1.4" und über deren gesamte Schneidenlänge gleich.
Die Stimschneiden 1.1 ' bis 1.4' und die Umfangsschneiden 1.1 " bis 1.4" weisen eine Ungleichteilung Tu' auf. Zwischen einem radialen Freiwinkel VW jeder Umfangsschneide 1.1 " bis 1.4" (hier nur angetragen an der
Umfangsschneide 1.3") und einem Zahnrücken dieser R1 " bis R4" der Umfangsschneiden 1.1 " bis 1.4" ist ein Freistich S' vorhanden.
Die Kraftübertragung der Spankraft F' (fetter Pfeil) wird durch den Freistich hinter den Umfangsscheiden 1.1 " bis 1.4" nicht optimal auf die nicht bezeichnete Schneidkante geleitet. Die Kraftübertragung erfolgt bedingt durch den Freistich in radialer Richtung deutlich unterhalb der Schneidkante auf die Spanfläche. Damit ist die Schneidkante bei der Spanbildung geschwächt, woraus ein Aufschwingen der Schneidkante beim Zerspanungsprozess resultiert, was die Verschleißfestigkeit des Schaftfräsers enorm verringert und die Bearbeitungsqualität beeinträchtigt.
In den Figuren 5 bis 7 wird ein erfindungsgemäßer zylindrischer Schaftfräser 1 in Figur 5 in der Seitenansicht, in
Figur 6 in der Ansicht aus Richtung der Stirnseite 1 S und in Figur 7 im Querschnitt B-B gemäß Figur 5 dargestellt. An dem der Stirnseite 1 S gegenüberliegenden Ende ist gemäß Figur 5 ein Einspannbereich 1 E ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Schaftfräser 1 weist an seiner Stirnseite 1 S hier vier Stimschneiden 2, 3, 4, 5 (s. Fig. 6) auf. An die vier Stimschneiden 2 bis 5 schließen vier Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 mit Spanwinkeln Wx (nur an der ersten Umfangsschneide 6 angetragen) an. Aus Richtung der Stirnseite 1 S werden die Stimschneiden 2 bis 5 und die Umfangsschneiden 2 bis 9 in Uhrzeigerrichtung fortlaufend nummeriert. Die Umfangsschneiden 6 bis 9 können in beliebiger Länge ausgeführt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sie sich über eine
Schneidenlänge LS (Siehe Figur 5) und weisen einen Spiralwinkel 1 Wauf.
Die an der Stirnseite 1 S vorhandenen Stimschneiden 2 bis 5, die aus Figur 6 ersichtlich sind, sind für die axialen Bearbeitungen notwendig.
Um dies zu gewährleisten, muss mindestens eine Stirnschneide bis zum radialen Zentrum des Schaftfräsers 1 , d.h. bis zur Längsachse A, verlaufen. In dem dargestellten Beispiel (Figur 6) sind dies die sich gegenüberliegenden Stimschneiden 2 und 4.
Die Stimschneiden 3 und 5 und die Umfangsschneiden 7 und 9 weisen im radialen Schnitt eine ungleiche Zahnteilung Tu (Fig. 6) zueinander auf.
Aus Figur 6 ist ersichtlich, dass im Bereich der Stirnseite 1 S die erste Umfangsschneide 6 eine erste
Spanraumtiefe t6, die zweite Umfangsschneide 7 eine zweite Spanraumtiefe t7, die dritte Umfangsschneide 8 eine dritte Spanraumtiefe t8 und die vierte Umfangsschneide 9 eine vierte Spanraumtiefe t9 aufweist. Dabei sind t6 und t8 im Wesentlichen gleich und t7 und t9 ebenfalls im Wesentlichen gleich, wobei die Spanraumtiefen t6 und t8 größer sind als die Spanraumtiefen t7 und t9. In der dargestellten Variante sind die Spanraumtiefen t6 und t8 der sich gegenüberliegenden Umfangsschneiden 6 und 8 im Bereich der Stirnseite 1 S in etwa doppelt so tief wie die Spanraumtiefen t7 und t9. Die Umfangsschneiden 6 und 8 weisen an der Stirnseite die größte Spanraumtiefe t6, t8 auf und bilden die Referenzschneiden R. Die anderen beiden dazwischen liegenden Umfangsschneiden 7 und 9 weisen an der Stirnseite die kleinste Spanraumtiefe t7 und t9 auf und sind in Form von Umfangsschneiden der 1 ersten Art U1 ausgebildet, d.h. deren Spanraumtiefe verändert sich über die Länge umgekehrt zur Spanraumtiefe der Referenzschneiden R. Durch die unterschiedlichen Spanraumtiefen der Umfangsschneiden 6 bis 9 ergibt sich eine elliptische Form des Kerns 11 des Schaftfräsers 1.
Die zweite Umfangsschneide 7 ist radial zur ersten Umfangsschneide 6 in einem ersten Versatzwinkel a1 angeordnet, zwischen der zweiten Umfangsschneide 7 und der dritten Umfangsschneide 8 ist ein zweiter
Versatzwinkel a2 vorhanden, zwischen der dritten Umfangsschneide 8 und der vierten Umfangsschneide 9 ist ein dritter Versatzwinkel a3 vorhanden und zwischen der vierten Umfangsschneide 9 und der ersten Umfangsschneide 6 ein vierter Versatzwinkel a4. Dabei sind der erste und der dritte Versatzwinkel a1 und a3 kleiner als der zweite und der vierte Versatzwinkel a2 und a4, wodurch der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Umfangsschneide 6 und 7 und der dritten und der vierten Umfangsschneide kleiner ist als der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Umfangsschneide 7, 8 und der vierten und der ersten Umfangsschneide 9, 6. Weiterhin sind die Zahnrückenkonturen 6K bis 9K der Umfangsschneide 6 bis 9 unterschiedlich zueinander, wobei hier die Zahnrückenkonturen 6K und 8K der ersten Umfangsscheide 6 und der dritten Umfangsschneide 8 im Wesentlichen gleich sind und die
Zahnrückenkonturen 7K und 9K der zweiten Umfangsscheide 7 und der vierten Umfangsschneide 9 ebenfalls im Wesentlichen gleich ausgeführt sind.
Die Spanraumtiefen t6 bis t9 und die Zahnrückenkonturen 6K bis 9K können auch in Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel anders und in ihrer Größe variabel gestaltet werden. Der Kern 11 kann sich spiralisiert (spiralförmig) in Richtung zum Einspannbereich 1 E hin verändern, was auch aus den Figuren 6 und 7 hervorgeht. Dabei haben vorzugsweise alle Umfangsschneiden 6 bis 9 unterschiedliche Spiralwinkel.
Durch die Spanraumtiefen t6 bis t9 und die Zahnrückenkonturen 6K bis 9K in Verbindung mit den
Versatzwinkeln a1 bis a4 ergeben sich unterschiedliche Spanraumprofile P1 bis P4, die in den Figuren 6 und 7 unterschiedlich schraffiert angedeutet sind. Zwischen der ersten und zweiten Umfangsschneiden 6 und 7 ist das erste Spanraumprofil P2 (Punktschraffierung), zwischen der zweiten und der dritten Umfangsschneide das Spanraumprofil P2 (Strichschraffierung), zwischen der dritten und der vierten Umfangsschneide 8, 9 das Spanraumprofil P3
(Punktschraffierung), und zwischen der vierten und der ersten Umfangsschneide das Spanraumprofil P4
(Strichschraffierung) ausgebildet.
Aus dem Vergleich von Fig. 6 und 7 ist ersichtlich, dass das in Figur 6 im Querschnitt flächenmäßig im
Vergleich zu P2 und P4 kleinere Spanraumprofil P1 und P3 durch die sich verändernden Spanraumtiefen im Bereich des Schnitts B-B, der in Fig. 7 dargestellt ist, nun größer sind, als die Spanraumprofile P2 und P4 und sich die Spanraumprofile P2 und P4 reduziert haben. Weiterhin ist aus den Figuren 6 und 7 ersichtlich, dass sich ausgehend von der Stirnseite in Richtung um Einspannbereich das Zahnprofil der Umfangsschneiden 6 bis 9 verändert.
Im Vergleich zu der in Figur 6 dargestellten Stirnseite 1 S, bei welcher sich die größte Breite b1 der Ellipse des
Kerns 11 zwischen den Scheitelpunkten S1 und S2 zwischen den hier kürzeren zweiten und vierten
Umfangsschneiden 7 und 9 mit den hier kleinen Spanraumtiefen t7 und t9 und die kleinste Breite b2 zwischen den Scheitelpunkten S3 und S4 zwischen den hier langen ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 mit den Spanraumtiefen t6 und t8 erstreckt - ist aus dem Schnitt B-B in Figur 7 ersichtlich, dass durch die sich über die Länge der Umfangsschneiden 6 bis 9 verändernden Spanraumtiefen der ersten bis vierten Umfangsschneiden 6 bis 9, die sich spiralförmig um den Kern 11 erstrecken, der elliptische Kern 11 nun eine andere Lage bzw. Orientierung - hier radial ca. um 90° versetzt im Vergleich zur Stirnseite - aufweist. Die dadurch im Bereich des Schnitts B-B dargestellte Ansicht verdeutlicht, dass die hier tieferen zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (Umfangsschneiden erster Art U1) eine größere Spanraumtiefe t7' und t9' aufwiesen und die hier kürzeren ersten und zweiten
Umfangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) eine im Vergleich zu den Spanraumtiefen t6 und t8 an der Stirnseite (Figur 6) kleinere Spanraumtiefe t6' und t8' besitzen.
Dadurch weist der Kern 11 im Bereich des Schnittes B-B gem. Figur 7 eine Orientierung auf, bei welcher sich die größte Breite b1 der Ellipse des Kerns 11 zwischen den Scheitelpunkten S1 und S2 zwischen den hier nun kürzeren ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 mit den hier kleinen Spanraumtiefen t6' und t8' und die kleinste Breite b2 zwischen den Scheitelpunkten S3 und S4 zwischen den hier nun längen zweiten und vierten
Umfangsschneiden 7 und 9 mit den hier größeren Spanraumtiefen t7' und t9' erstreckt.
Die Spanraumtiefen der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) können sich in Richtung zum Einspannbereich weiter verringern und die Spanraumtiefen der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (weitere Umfangsschneiden erster Art U1) können sich in Richtung zum Einspannbereich weiter erhöhen.
Die ersten und zweiten Spanraumtiefen t6 und t8 der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 haben somit bevorzugt an der Stimseite 1 S eine definierte Größe, die sich zum Einspannbereich 1 E hin verringert und die zweiten und vierten Spanraumtiefen t7 und t9 der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (die zwischen den Umfangsschneiden 6 und 7 angeordnet sind) haben an der Stirnseite 1 S eine definierte Größe, die sich zum Einspannbereich 1 E hin vergrößert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die sich gegenüberliegende erste und dritte
Umfangsschneiden 6 und 8 an der Stirnseite 1 S im Wesentlichen die gleiche Spanraumtiefe t6 und t8 auf, die sich in Richtung zum Einspannbereich 1 E auf die im Wesentlichen gleiche Spanraumtiefe t6' und t8' verringert. Dazu entgegengesetzt weisen die zweite und vierte Umfangsschneiden 7 und 9 an der Stirnseite 1 S im Wesentlichen die gleiche (geringere) Spanraumtiefe t7 und t9 auf, die sich in Richtung zum Einspannbereich auf die im Wesentlichen gleiche Spanraumtiefe t7' und t9' erhöht.
Die erste und dritte Spanraumtiefe t6 und t8 der sich gegenüberliegenden ersten und dritten
Umfangsschneiden 6 und 8 an der Stirnseite 1 S entspricht dabei in etwa der Spanraumtiefe t7' und t9' der dazwischen liegenden dritten und vierten Schneiden 7 und 9 in Richtung zum Einspannbereich.
Der in Figur 7 angetragene Außendurchmesser D des Schaftfräsersl im Bereich der Umfangsschneiden 7 bis 9 ist dabei von der Stimseite 1 S in Richtung zum Einspannbereich 1 E (hier nicht ersichtlich) im Wesentlichen gleich.
Die Prinzipskizze der Veränderung des Kerns 11 bei sich in der Spanraumtiefe aus Richtung der Stirnseite 1 S in Richtung zum Einspannbereich 1 E verändernden Umfangsscheiden 6 bis 9 eines Schaftfräsers 1 ist in Figur 8 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass sich der elliptische Kern 11 aus Richtung der Stirnseite 1 S in seiner Lage in Richtung zum Einspannbereich 1 E dreht und dass sich die Größe der Umfangsschneiden 6 bis 9 durch die sich verändernden Spanraumtiefen (hier nicht angetragen) ebenfalls verändert. An der Stimseite 1 D sind die sich gegenüberliegende erste und die dritte Umfangsschneide 6 und 8 (Referenzschneiden R) größer (tiefer) als die dazwischen liegende zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9 (weitere Umfangsschneiden erster Art U1). In Richtung zum
Einspannbereich 1 E sind die sich gegenüberliegende erste und die dritte Umfangsschneide 6 und 8
(Referenzschneiden R) kleiner (flacher) als die dazwischen liegende zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9 (Umfangsschneiden erster Art U1). Auch das Kernprofil ändert sich in seiner Form im Verlauf von der Stirnseite zum Einspannbereich. Es ist weiterhin möglich, dass sich der Abstand der Umfangsschneiden über die Länge der Umfangsschneiden verändert. Figur 9 zeigt den Spanraumverlauf der Umfangsschneiden 6 und 9 bzw. 7 und 8 in der Seitenansicht, mit sich in Richtung zum Einspannbereich 1 E verringernden Abstand.
Durch die unterschiedlichen Spiralwinkel wechseln die radialen Schneidenabstände der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 9 sowie der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 8 von der Stirn 1S zum
Einspannbereich 1 E des Schaftfräsers 1 asymmetrisch von groß a1 auf klein a2. Damit werden die Spanraumtiefen im Schaftbereich der jeweiligen Umfangsschneiden zum Einspannbereich 1 E hin konstruktiv verkleinert. Der
Kemabstand der beiden gegenüber verlaufenden Spanräume im Schaftbereich vergrößert sich. Es entsteht ein sich konisch verlaufend vergrößernder Kemabstand (Figur 8).
Figur 10 zeigt den Spanraumverlauf der ersten und zweiten Umfangsschneide 6 und 7 bzw. der dritten und vierten Umfangsschneide 8 und 9 in der Seitenansicht, mit sich von der Stirnseite 1 S in Richtung zum
Einspannbereich 1 E vergrößernden Abstand. Durch die unterschiedlichen Spiralwinkel wechseln die radialen Schneidenabstände der Umfangsschneiden von der Stirnseite 1 S zum Einspannbereich 1 E asymmetrisch von klein a2 auf groß a1. Damit werden die Spanraumtiefen im Schaftbereich der jeweiligen Umfangsschneiden zum
Einspannbereich 1 E hin konstruktiv vergrößert. Der Kemabstand der beiden gegenüber verlaufenden Spanräume im Schaftbereich verkleinert sich. Es entsteht ein sich konisch zum Schaft hin verjüngender Kemabstand. Dies hat den Vorteil, dass die zweite und vierte Umfangsschneide 7 und 9 in Richtung zum Einspannbereich 1 E konstruktiv stabiler gestaltet werden können.
Die Übertragung der Spankraft bzw. des Drehmoments wird dadurch ebenfalls in einem für das
Zerspanungsverhalten günstigeren Winkel auf die Umfangsschneide geleitet. Dadurch entsteht ein variabler und in sich über die Länge seine Form und Lage verändernder Kern, der jede mögliche bzw. beliebige Form annehmen kann, in Abhängigkeit der sich in Bezug auf die Länge der Umfangsschneiden verändernden Spanraumtiefe der Umfangsschneiden.
Weiterhin kann die Spanraumtiefe der ersten und dritten Umfangsschneide 6 und 8 und/oder die
Spanraumtiefe der zweiten und vierten Umfangsschneide 7 und 9 auch untereinander komplett unterschiedlich sein. Dadurch entsteht ein elliptischer oder andersförmiger Kern. Dieser verändert sich in seiner Form zum Schaft hin und zwar in Abhängigkeit von der Spanraumtiefe der Umfangsschneiden.
Der Kern kann sich somit in seiner radialen Position in Abhängigkeit der axialen Lage verändern und dabei alle beliebigen geometrischen Formen annehmen. Der Kern wird dabei definiert durch die Spanraumtiefen und die zwischen den Umfangsschneiden ausgebildeten Spanraumprofile.
Die Aufteilung / Aufgliederung sowie Form der unterschiedlichen Spanraumtiefen und Spanraumprofile der einzelnen Umfangsschneiden können je nach Anzahl der Umfangsschneiden auch jede beliebige Variante aufweisen.
Durch den größeren Abstand im Stimbereich der Spanraumgröße zwischen der zweiten Umfangsschneide 7 zur dritten Umfangsschneide 8 sowie zwischen der vierten Umfangsschneide 9 und der ersten Umfangsschneide 6 ist der Spanraum und somit das Spanraumprofil P2 und P4 größer gestaltet als das Spanraumprofil P1 und P3 (siehe Figur 6), da der Abtragbetrag (Spanvolumen) des zu zerspanenden Materials zwischen jeweils diesen beiden Zahnpaaren in Form der Umfangsschneiden 7 und 8 sowie 9 und 6 größer ist.
Im Stimbereich 1S ist zwischen der ersten Umfangsschneide 6 und der zweiten Umfangsschneide 7 sowie zwischen der dritten Umfangsschneide 8 und der vierten Umfangsschneide 9 der Abstand kleiner und der
Abtragbetrag des zu zerspanenden Materials geringer. Somit kann der Spanraum und daher auch das Spanraumprofil P1 und P3 kleiner gestaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Umfangsschneiden 6 und 8 im Stirnbereich konstruktiv stabiler gestaltet werden können. Die Übertragung der Spankraft F (Siehe Fig. 6) bzw. des Drehmoments wird dadurch in einem
spanungstechnisch günstigen Winkel auf die Umfangsschneiden 6 bis 9 geleitet.
Die unterschiedlichen Schneidenabstände werden durch die unterschiedlichen Versatzwinkel der
Umfangsschneiden realisiert, wobei im Stirnbereich α1 = a3 kleiner a2 = a4 gilt (siehe Figur 6) und in Richtung zum Einspannbereich α1 = a3 größer a2 = a4 (in Figur 7 nicht angetragen).
Durch den inhomogenen, sich unförmig und vom Stirnbereich 1 S zum Einspannbereich 1 E hin verändernden Kern 11 , der in Figur 8 dargestellt ist, wird überraschender Weise die Biegebruchfestigkeit sowie die Torsionssteifigkeit des Schaftfräsers 1 deutlich erhöht.
Dies hat eine wirkungsvolle Standwegerhöhung und eine deutliche Laufruhe sowie schwingungshemmende
Wrkung des Schaftfräsers 1 gegenüber Schaftfräsern des Stands der Technik um das Vielfache zur Folge.
Durch den elliptischen oder andersförmigen (von der Kreisform abweichenden) Kern wird die seitliche Ablenkung bei lateralen Bearbeitungen deutlich verringert, was durch wissenschaftlich belegte Untersuchungen / Tests nachgewiesen wurde.
Es ist möglich, den erfindungsgemäßen Schaftfräser 1 auch mit drei Umfangsschneiden 6, 7, 8 (Fig. 11) zu versehen. In der dargestellten Stimansicht erstreckt sich die erste Stimschneide 2 bis ins Zentrum des Schaftfräsers 1. Radial schließt sich an diese die erste Umfangsschneide 6 mit einer Spanraumtiefe t6 an. Die erste Umfangsschneide 6 ist hier als Referenzschneide R ausgebildet. Sie weist die größte Spanraumtiefe t6 in Richtung zur Stirnseite 1 S auf. In Uhrzeigerrichtung ist dann eine zweite Umfangsschneide 7 mit einer Spanraumtiefe t7 und dann die dritte Umfangsscheide 8 mit einer Spanraumtiefe t8 vorgesehen. Dabei ist im Stirnbereich t6>t7 und t6>t8 und t7=t8. In Richtung zu dem hier nicht dargestellten Einspannbereich verringert sich die Spanraumtiefe der ersten
Umfangsschneide 6 (Referenzschneide) und die Spanraumtiefen der zweiten und dritten Umfangsscheiden 7, 8 werden größer, wobei der Außendurchmesser über die Länge der Umfangsschneiden 7 bis 9 im Wesentlichen konstant ist. Die Umfangsschneiden 7 und 8 gehören bevorzugt der ersten Umfangsschneidenart U1 an.
Alternativ kann gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels eine der beiden Umfangsschneiden 7, 8 der ersten Umfangsschneidenart und die andere der beiden Umfangsschneiden 7, 8 der zweiten
Umfangsschneidenart angehören.
Die Spanraumtiefe der Umfangsschneide/n der zweiten Umfangsschneidenart liegt bevorzugt im Bereich der Stirnseite zwischen der Spanraumtiefe der Referenzschneide/n und der Umfangsschneide/n der ersten
Umfangsschneidenart, unabhängig von der Anzahl der Umfangsschneiden, wobei sich von der Stirnseite aus die Spanraumtiefe der Referenzschneide(n) verringert, die Spanraumtiefe(n) der Umfangsschneiden erster Art erhöht und die Spanraumtiefe der Umfangsschneiden zweiter Art im Wesentlichen konstant bleibt.
Figur 12 zeigt einen Schaftfräser 1 aus Richtung der Stirnseite 1 S mit fünf Umfangsschneiden 6 bis 10. In der dargestellten Stimansicht erstreckt sich die erste Stimschneide 2 bis ins Zentrum des Schaftfräsers 1. Radial schließt sich an diese die erste Umfangsschneide 6 mit einer Spanraumtiefe t6 an. Die erste Umfangsschneide 6 ist hier als Referenzschneide R ausgebildet. Sie weist die größte Spanraumtiefe t6 in an der Stirnseite 1 S auf. In
Uhrzeigerrichtung ist dann eine zweite Umfangsschneide 7 mit einer Spanraumtiefe t7, eine dritte Umfangsscheide 8 mit einer Spanraumtiefe t8, eine vierte Umfangsscheide 9 mit einer Spanraumtiefe t9 und eine fünfte Umfangsscheide 10 mit einer Spanraumtiefe t10 vorgesehen. In Richtung zu dem hier nicht dargestellten Einspannbereich verringert sich die Spanraumtiefe t6 der ersten Umfangsschneide 6 (Referenzschneide R) und die Spanraumtiefe t8 und t9 der dritten und vierten Umfangsscheiden 8 und 9 (Umfangsschneiden erster Art U1) wird größer, wobei der
Außendurchmesser über die Länge der Umfangsschneiden 7 bis 10 im Wesentlichen konstant ist. Die
Umfangsschneiden 7 und 10 gehören bevorzugt der zweiten Umfangsschneidenart U2 an, deren Spanraumtiefen t7, t10 über die Länge des Schaftfräsers 1 im Wesentlichen konstant sind.
Alternativ kann auch eine andere Anzahl von Referenzschneiden, bzw. eine andere Anzahl von weiteren
Umfangsschneiden der ersten und/oder zweiten Umfangsschneidenart gewählt werden.
Figur 13 zeigt einen Schaftfräser 1 aus Richtung der Stirnseite 1 S mit 3 Paaren von sich jeweils diametral gegenüberliegenden Stimschneiden 2, 2a, 3, 3a, 4, 4a und Umfangsschneiden 6, 6a, 7, 7a, 8, 8a. Die sich diametral gegenüberliegenden Stimschneiden 2, 2a reichen bis ins Zentrum des Schaftfräsers 1. Die Spanraumtiefen t6, t6a der sich diametral gegenüberliegenden Umfangsschneiden 6, 6a, die Spanraumtiefen t7, t7a der sich diametral gegenüberliegenden Umfangsschneiden 7, 7a und die Spanraumtiefen der sich diametral gegenüberliegenden Umfangsschneiden 8, 8a sind paarweise im Wesentlichen gleich. Auch die hier nicht bezeichneten Zahnrückenkonturen der sich paarweise gegenüberliegenden Umfangsschneiden 6, 6a, 7, 7a, 8, 8a sind im Wesentlichen gleich gestaltet. Die Umfangsschneiden 6 und 6a weisen dabei die größten Spanraumtiefen t6 und t6a auf und bilden somit zwei Referenzschneiden R. We bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ändern sich deren Spanraumtiefen in Richtung zum hier nicht dargestellten Einspannbereich von groß auf klein wobei immer über die gesamte Länge der Umfangsschneiden im Wesentlichen der gleiche Außendurchmesser D vorhanden ist. Hier gehören die weiteren Umfangsschneiden 7, 7a der ersten Umfangsschneidenart Ul an, während die weiteren Umfangsschneiden 8 und 8a der zweiten Umfangsschneidenart U2 angehören.
Die Spanwinkel der einzelnen Umfangsschneiden können bei allen Varianten zueinander unterschiedlich sein.
Weiterhin können sich die Spanwinkel der einzelnen Umfangsschneiden variabel gestalten (nicht dargestellt). Das heißt dass z.B. der Spanwinkel an der Stirn mit 10° beginnt und in Richtung zum Einspannbereich mit 6° endet bzw. mit 6° beginnt und mit 10° endet. Die Spanwinkel untereinander können bei dem Schaftfräser variabel gestaltet sein. Die Spanwinkel können mit allen möglichen Wnkelgrößen definiert werden.
Durch den variablen Spanwinkel wird der Spanprozess im Schneidenbereich der jeweiligen Schneide in
Abhängigkeit der Spanraumgeometrie, des Zahnprofils verbessert. Durch die besonderen Spanräume zwischen den Umfangsschneiden 6 und 9 (beispielsweise bei Fig. 5 bis 7) sowie zwischen den Umfangsschneiden 7 und 8 im Stimbereich ist das Ausspanen des zu zerspanenden Materials bei stirnseitigen Bearbeitungen optimiert.
Die radialen Freiwinkel Wr der Umfangsschneiden und die Zahnrückenkonturen 6K bis 8K (Fig. 6 und 7) sind durch tangentiale Übergänge gekennzeichnet - im Gegensatz zum Stand der Technik ohne Freistich. Es hat den Vorteil, dass das Drehmoment bzw. die Kraftübertragung der Spankraft F (siehe fetter Pfeil in Figur 6) besser auf die Schneidkante der Umfangsschneiden übergeleitet wird (hier angetragen an die Schneidkante 8.S der dritten Umfangsschneide 8).
Dies stabilisiert den Schneidenbereich und erhöht signifikant den Standweg.
Die Schneiden des Hochleistungsschaftfräsers können in Abhängigkeit der Einsatzbereiche mit
Hartstoffbeschichtungen versehen werden (z.B. Titan-Aluminium-Nitrit, Titan-Silizium-Nitrid), um dessen
Leistungsfähigkeit weiterhin zu verbessern.
Durch die vorliegende Erfindung des Hochleistungsschaftfräsers wird das Zeitspanvolumen durch Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit bei der mechanischen Fertigung signifikant verbessert. Durch die geometrischen Besonderheiten wie sich über die Länge der Umfangsschneiden verändernde Spanraumtiefen, ggf. in Verbindung mit unterschiedlichen Spiralwinkeln, unterschiedlichen Zahnteilungen in
Zusammenhang mit dem elliptischen oderandersförmigen und zum Schaft hin verändernden Kern, unterschiedlichen und variablen Spanraumtiefen, unterschiedlichen und variablen Zahnprofilen, unterschiedlichen und variablen Spanwinkel, asymmetrischen Verlauf der Umfangsschneiden zueinander, ist eine Standwegerhöhung um das Vielfache gegeben. Die optimale Spanraumstruktur begünstigt des Weiteren das Ausspanen des zu zerspanenden Materials drastisch. Durch den variablen elliptischen oder andersförmigen Kern wird die seitliche Ablenkung bei lateralen Bearbeitungen deutlich verringert.
Die zueinander abgestimmten Gestaltungsaspekte und das perfekte Zusammenwirken der besonders hochfesten Materialien (Substrate) des Schaftfräsers, der besonderen Schneidengeometrie und bedarfsweise der Beschichtung ist die beschriebene Erfindung ein Hochleistungsschaftfräser mit herausragenden Leistungsfähigkeiten.
Im Diagramm gemäß Figur 14 wird ein Leistungsvergleichstest des Standweges zwischen einem Schaftfräser 1 ' des Stands der Technik mit 4 Umfangsschneiden (im Diagramm der obere Balken) und eines erfindungsgemäßen Hochleistungs-Schaftfräsers 1 mit 4 Umfangsschneiden (im Diagramm unterer Balken) gezeigt.
Die Fräserwiesen im Wesentlichen die gleichen Außendurchmesser und Längen auf und bestanden beide aus
Hartmetall. Es wurde das gleiche Material (Kaltarbeitsstahl - Werkzeugstahl) mit diesen Fräsern bearbeitet und die gleichen Bearbeitungsparameter (Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe, Zustellung) eingestellt.
Es ist ersichtlich, dass der Schaftfräser 1 ' nach dem Stand der Technik bereits nach einem Standweg von 7m versagt hat, während der erfindungsgemäße Schaftfräser 1 einen Standweg von 15-m zurücklegte. Damit ist nachgewiesen, dass durch den erfindungsgemäßen Schaftfräser 1 eine überragende Erhöhung des Standweges s im Vergleich zu herkömmlichen Schaftfräsern 1 ' möglich ist.
Aus Figur 15 ist ein erfindungsgemäßer zylindrischer Schaftfräser 1 mit vier Umfangsschneiden 6 bis 9 in der Seitenansicht ersichtlich, bei welchem in der oberen Hälfte der Seitenansicht die Schneidecke an dem Übergang zwischen den Umfangsschneiden 6 bis 9 und den Stimschneiden (hier nicht bezeichnet) an der Stirnseite S1 als Radius ER ausgebildet ist. Gemäß der gestrichelten Kontur in der unteren Schnitthälfte kann der Übergang auch als Fase EF ausgebildet sein. Selbstverständlich können die eines erfindungsgemäßen Schaftfräsers mit zwei oder mehr als zwei Umfangsschneiden in Richtung zum Schaft ebenfalls hinsichtlich Ihrer Spanraumtiefe bevorzugt allmählich auslaufen.
Die Figuren 16 bis 18 sollen verdeutlichen, dass die erfindungsgemäße Lösung auch bei einem
kegelförmigem Schaftfräser 1 angewendet werden kann. Bei diesem vergrößert sich der Außendurchmesser von einem Durchmesser D.1 nach der Spitze bzw. der Stirnseite 1S in Richtung zum Einspannbereich 1 E auf einen Durchmesser D.2 kegelförmig in einem Kegelwinkel γ und der Kern kann sich ebenfalls in seinem Querschnitt von einem kleinsten Querschnitt im Bereich der Stimseite 1 S auf einen größeren Querschnitt am Ende der
Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 in Richtung zum Einspannbereich 1 E erhöhen. Auch hier sind die nicht bezeichneten Spanraumtiefen zweier sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Umgangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) im Wesentlichen gleich - aber unterschiedlich zu den hier ebenfalls nicht bezeichneten Spanraumtiefen der beiden anderen dazu versetzt angeordneten Umfangsschneiden 7 und 9 (hier zwei Umfangsschneiden erster
Umfangsschneidenart U1), wie es zum zylindrischen Schaftfräser in den Figuren 6 und 7 verdeutlicht wurde, nur dass hier keine Stimschneiden vorhanden sind, da sich die Umfangsschneiden 6 bis 9 bis ins radiale Zentrum im Bereich der Stirnseite 1 S erstrecken. Aus dem Querschnitt C-C, der in Richtung der Stirnseite 1 S liegt und dem Querschnitt D- D, der in Richtung zum Einspannbereich 1 E liegt, wird verdeutlicht, dass sich der Außendurchmesser D.1 auf einen Durchmesser D.2 vergrößert. Aus Figur 17 ist ersichtlich, dass im Bereich des Schnitts C-C die erste Umfangsschneide 6 eine Querschnittsfläche 6.1 , die zweite Umfangssch neide 7 eine kleinere Querschnittsfläche 7.1 , die dritte Umfangsschneide 8 eine Querschnittsfläche 8.1 , die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 6.1 entspricht und die vierte Umfangsschneide 9 eine Querschnittsfläche 9.1 , die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 7.1 entspricht, aufweisen. Der Kern 11 weist durch die unterschiedlichen Tiefen der Umfangsschneide eine elliptische Querschnittsfläche 11.1 auf.
Das Spanraumprofil P1.1 zwischen den Umfangsschneiden 6 und 7 und P3.1 zwischen den
Umfangsschneiden 8 und 9 ist in etwa gleich und geringer als das Spanraumprofil P2.1 zwischen den
Umfangsschneiden 7 und 8 und P4.1 zwischen den Umfangsschneiden 9 und 6, wobei P2.1 und P4.1 ebenfalls im Wesentlichen gleich sind.
Aus dem Querschnitt D-D gemäß Figur 18, der in Richtung zum Einspannbereich 1 E liegt geht hervor, dass die erste Umfangsschneide 6 eine nun kleinere Querschnittsfläche 6.2, die zweite Umfangsschneide 7 eine nun größere Querschnittsfläche 7.2, die dritte Umfangsschneide 8 eine kleinere Querschnittsfläche 8.2, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 6.2 entspricht und die vierte Umfangsschneide 9 eine hier größere Querschnittsfläche 9.2, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche 7.2 entspricht, aufweisen. Es wird deutlich, dass sich die nicht bezeichneten Spanraumtiefen der ersten und dritten Umfangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) von der Stirnseite aus in Richtung zum Einspannbereich reduzieren und sich die Spanraumtiefen der zweiten und vierten Umfangsschneiden 7 und 9 (Umfangsschneiden erster Umfangsschneidenart U1) von der Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich vergrößert. Der elliptische Kern 11 ist in seiner Orientierung um ca. 90° gedreht und weist eine im Vergleich zur Querschnittsfläche 11.1 größere Querschnittsfläche 11.2 auf.
Das Spanraumprofil P1.2 zwischen den Umfangsschneiden 6 und 7 und P3.2 zwischen den
Umfangsschneiden 8 und 9 ist nun größer als das Spanraumprofil P2.2 zwischen den Umfangsschneiden 7 und 8 und P4.2 zwischen den Umfangsschneiden 9 und 6. Durch die keglige Form ist jedoch insgesamt das Spanraumprofil in Richtung zum Einspannbereich 1 E in der Summe von P1.2+P2.2+P3.2+P4.2 größer als das Spanraumprofil in der Summe P1.1 +P2.1 +P3.1 +P4.1 in Richtung zum Stimbereich, da dieses entsprechend der kegligen Form mit skaliert wird.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßer kegelförmiger Schaftfräser auch mit Stirnschneiden versehen sein und vom am Übergang vom Außendurchmesser zur Stirnseite einen Radius oder eine Fase aufweisen.
Anstelle des in Figur 16 bis 18 dargestellten Beispiels kann ein kegelförmiger Schaftfräser auch eine andere
Anzahl an Umfangsschneiden z.B. 2, 3, 5, 6 und mehr als 6 aufweisen.
Ein kegelförmiger Schaftfräser, dessen Umfangsschneiden eine sich von der Spitze/Stirnseite in Richtung zum
Einspannbereich verändernde Spanraumtiefe aufweist, verwirklicht die gleichen Vorteile wie ein Schaftfräser mit im
Wesentlichen zylindrischem Außendurchmesser gemäß der Figuren 5 bis 14. Auch der kegelförmige Schaftfräser kann ein oder mehrere Referenzschneiden aufweisen, die mit einer oder mehreren weiteren Umfangsschneiden erster
Umfangsschneidenart kombiniert sind, wobei zusätzlich eine oder mehrere Umfangsschneiden zweiter
Umfangsschneidenart vorgesehen sein können.
Figur 19 zeigt eine allgemeine Prinzipdarstellung der Abwicklung einer Referenzschneide 6R und zweier weiterer Umfangsschneiden entlang der Schneidenlänge LS. Es handelt sich in der dargestellten Ausführungsform um Abwicklungen von Umfangschneiden eines zylindrischen Schaftfräsers, bei welchen der Außendurchmesser D von der Spitze/Stirnseite 1 S des Schaftfräsers in Richtung zum Einspannbereich 1 E des Schaftfräsers im Wesentlichen konstant ist. Ebenfalls dargestellt ist der Kemdurchmesser DK an der jeweiligen Umfangsschneide. Die Spanraumtiefe tRs der Referenzschneide R verringert sich von der Spitze/Stirnseite 1 S in Richtung zum Einspannbereich 1 E des Schaftfräsers auf eine Spanraumtiefe tRE. Die erste weitere Umfangsschneide U1 ist von einerweiteren ersten Umfangsschneidenart. Ihre Spanraumtiefe tU1s vergrößert sich von der Spitze/Stirnseite 1S in Richtung zum
Einspannbereich 1 E des Schaftfräsers auf eine Spanraumtiefe tU1 E. Die zweite weitere Umfangsschneide U2 ist von einerweiteren zweiten Umfangsschneidenart. Ihre Spanraumtiefe tU2s verläuft von der Spitze/Stirnseite 1 S in Richtung zum Einspannbereich 1 E (des Schaftfräsers auf die Spanraumtiefe tU2E = tU2s gleichbleibend.
Die Spanraumtiefe der zweiten Umfangsschneidenart liegt an der Stirnseite und in Richtung zum
Einspannbereich zwischen den Spanraumtiefen der Referenzschneide und der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart.
Von der Stirnseite aus betrachtet verringert sich die Spanraumtiefe tRs einer Referenzschneide R bis zu deren Ende am Einspannbereich 1 E auf eine Spanraumtiefe tRE = 10% bis 50% von tRs, bevorzugt auf 15% bis 30% von tRs, insbesondere auf 25% von tRs. Entgegengesetzt dazu vergrößert sich die erste Umfangsschneidenart U1 von der Stirnseite 1S beginnend mit einer Spanraumtiefe tU1s in Richtung zum Einspannbereich 1 E auf die Spanraumtiefe tU1 E.
Die Spanraumtiefe tU2s beträgt ausgehend von der Stirnseite 1 S in Richtung zum Einspannbereich 1 E (dort tU2E) 20% bis 80% von tRs, bevorzugt 40% bis 60% von tRs, insbesondere 50% von tRs.
Gemäß Figur 19 reduziert/vergrößert sich die Spanraumtiefe linear bei der Referenzschneide R und bei der Umfangsschneide erster Schneidenart U1 , es ist jedoch auch möglich, dass diese sich in einem anderen Verlauf reduziert vergrößert.
Gemäß Figur 20 ist es dabei auch möglich, dass sich die Spanraumtiefe der Referenzschneide R von tRs bereits bis zu einem Bereich der Schneidenlänge LS1 < LS auf die Spanraumtiefe tRE reduziert und dann mit dieser Spanraumtiefe tRE in Richtung zum Einspannbereich 1 E weiter verläuft.
In diesem Fall erhöht sich die Spanraumtiefe tU1s der Umfangsschneide erster Umfangsschneidenart U1s bis zu einem Bereich der Schneidenlänge LS1 < LS auf die Spanraumtiefe tU1 E und verläuft dann mit dieser
Spanraumtiefe tU1 E in Richtung zum Einspannbereich 1 E weiter. Im dargestellten Beispiel beträgt LS1 ca. 50% von LS.
Bevorzugt entspricht bei den Figuren 19 und 20 die Spanraumtiefe tU1s der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart U1 an der Stirnseite 1 S im Wesentlichen der Spanraumtiefe tRE der Referenzschneide R in Richtung zum Einspannbereich 1 E und die Spanraumtiefe tU1 E der weiteren Umfangsschneide der ersten
Umfangsschneidenart U1 in Richtung zum Einspannbereich 1 E im Wesentlichen der Spanraumtiefe tRs der
Referenzschneide R an der Stirnseite 1 S.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Spanraumtiefe tU1 E der weiteren Umfangsschneide der ersten
Umfangsschneidenart U1 in Richtung zum Einspannbereich 1 E kleiner ist als tRs, da dann der Kern in Richtung zum Einspannbereich 1 E einen größeren Querschnitt aufweist, was für einige Anwendungsfälle vorteilhaft ist. In diesem Fall wird die Spanraumtiefe tU1 E reduziert bis auf bevorzugt bis 0,7 xtRs, was in den Figuren 19 und 20 durch die
Strichpunkt-Linie angedeutet ist.
Weiterhin ist es gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels möglich, dass die Spanraumtiefe einer Referenzschneide von der Stirnseite aus erst gleichmäßig mit der gleichen Spanraumtiefe verläuft und sich dann in Richtung zum Einspannbereich reduziert und dass sich die Spanraumtiefe einer Umfangsschneide erster Umfangsschneidenart erst von der Stirnseite mit einer gleichen Spanraumtiefe erstreckt und ab einer bestimmten Schneidenlänge sich dann die Spanraumtiefe erhöht.
Generell sollte der erfindungsgemäße Fräser mindestens eine Umfangsschneide in Form einer
Referenzschneide und mindestens eine weitere Umfangsschneide in Form einer ersten Umfangsschneidenart aufweisen. Diese können kombiniert sein mit wenigstens einerweiteren Umfangsschneide zweiter
Umfangsschneidenart.
Der guten Ordnung halber werden nachfolgend weitere Varianten eines Fräsers mit 5 Umfangsschneiden beschrieben. In Figur 21 ist aus Richtung der Stirnseite 1 S ein Fräser dargestellt, welcher 2 Referenzschneiden R aufweist. Diese sind die hier oben liegende Umfangsschneide 6 und die davon ausgehend in Uhrzeigerrichtung dritte Umfangsschneide 9. In Uhrzeigerrichtung schließt sich an die Umfangsschneide 6 eine weitere Umfangsschneide 7 zweiter Umfangsschneidenart U2 an, auf die eine weitere Umfangsschneide 8 in Form einer ersten
Umfangsschneidenart U1 folgt. Zwischen den Umfangsschneiden 6 und 9, die als Referenzschneiden R ausgeführt sind, ist eine weitere Umfangsschneide 10 angeordnet, die als erste Umfangsschneidenart U1 ausgeführt ist.
Figur 22 zeigt ein Beispiel eines Schaftfräsers mit 5 Umfangsschneiden, von welchen drei als
Referenzschneiden R ausgeführt sind. Diese sind die hier oben liegende Umfangsschneide 6 und die davon ausgehend in Uhrzeigerrichtung übernächste Umfangsschneide 8 und sich darauf in Uhrzeigerrichtung
anschließende Umfangsschneide 9. Zwischen den Umfangsschneiden 6 und 8 (Referenzschneiden R) ist eine weitere Umfangsschneide 7 der zweiten Umfangsschneidenart U2 angeordnet - an deren Stelle könnte auch eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart vorgesehen sein - und zwischen den Umfangsschneiden 6 und 9 (Referenzschneiden R) eine weitere Umfangsschneide 10 erster Umfangsschneidenart U1. Die
Spanraumtiefen wurden in den Figuren 21 und 22 nicht angetragen.
Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels können unabhängig von der Anzahl der
Umfangsschneiden einige oder alle Umfangschneiden unterschiedliche Spanraumtiefen aufweisen. Die
Spanraumgröße, das Spanraumprofil sowie die Zahngröße und das Zahnprofil der unterschiedlichen
Umfangsschneidenarten ist unterschiedlich zueinander und ändert sich im Verlauf von der Stirn zum Einspannbereich.
Die Freiwinkelausbildung in Form von radialem Hinterschliff mit einem im Wesentlichen tangentialen Übergang oder eine facettenförmige Gestaltung der Freiwinkel bietet einen zusätzlichen Vorteil.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine neue Gattung von Hochleistungsfräsem geschaffen, bei welcher sich erstmalig die Spanraumtiefe wenigstens einer ersten Umfangsschneide von der Spitze/Stirnseite in Richtung zum Einspannbereich ändert und bei wenigstens einerweiteren Umfangsschneide sich die Spanraumtiefe
entgegengesetzt verändert. Durch diese neue und erfinderische konstruktive Gestaltung ist im Vergleich zu herkömmlichen Fräsern eine erhebliche Erhöhung des Standweges realisierbar. Bezuqszeichenliste
Stand der Technik Fig. 1 bis 4:
1 ' Schaftfräser
1 D' Außendurchmesser im Bereich der Umfangsschneiden
1S' Stirnseite
1.1 ', 1.2', 1.3', 1.4' Stimschneiden
1.1 ", 1.2", 1.3", 1.4" Umfangsschneide
11 ' Kern
11 D' Durchmesser des Kerns
1 E' Einspannbereich
t' Spanraumtiefe
a' Spanwinkel
Tu' Ungleichteilung
VW radialen Freiwinkel
R1 " bis R4" Zahnrücken
S' Freistich
F' Spankraft
KS" Schneidkante
Erfindunqsqemäße Lösung Fig.5 bis 22:
I Schaftfräser
1S Stirnseite
1 E Einspannbereich
1W Spiralwinkel
2, 3, 4, 5, 12 Stimschneiden
2-2a, 3-3a, 4-4a paarweise sich gegenüberliegende Stimschneiden
6-6a, 7-7a, 8-8a paarweise sich gegenüberliegende Umfangsschneiden
6 erste Umfangsschneide / Referenzschneide
7 zweite Umfangsschneide
8 dritte Umfangsschneide
8S Schneidkante
9 vierte Umfangsschneide
10 fünfte Umfangsschneide
6K bis 9K Zahnrückenkonturen der Umfangsschneiden 6 bis 9
I I Kern
6.1 , 7.1 , 8.1 , 9.1 , Querschnittsflächen der Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 in
Richtung zur Stirnseite 1 S eines kegelförmigen Schaftfräsers 1
6.2, 7.2, 8.2, 9.2 Querschnittsflächen der Umfangsschneiden 6, 7, 8, 9 in
Richtung zum Einspannbereich 1 E eines kegelförmigen
Schaftfräsers 1 11.1 Querschnittsfläche des Kerns 11 in Richtung zur Stirnseite 1 S eines kegelförmigen
Schaftfräsers 1
11.2 Querschnittsfläche des Kerns 11 in Richtung zum Einspannbereich 1 E eines kegelförmigen
Schaftfräsers 1
a1 großer Abstand zwischen den Umfangsschneiden
a2 kleiner Abstand zwischen den Umfangsschneiden
b1 Breite der Ellipse des Kerns zwischen den Scheitelpunkten S1 und S2
b2 Breite der Ellipse des Kerns zwischen den Scheitelpunkten S3 und S4
A Längsachse
D Außendurchmesser
D1 Außendurchmesser
D2 Außendurchmesser
DK Kemdurchmesser
EF Fase
ER Radius
F Spankraft
L Gesamtlänge des Schaftfräsers 1
LS Schneidenlänge
LS1 Bereich der Schneidenlänge LS1
P1 , P2, P3, P4 Spanraumprofil
P1.1 , P2.1 , P3.1.P4.1 Spanraumprofil in Richtung zur Stirnseite 1 S eines
kegelförmigen Schaftfräsers 1
P1.2, P2.2, P3.2.P4.2 Spanraumprofil in Richtung zur zum Einspannbereich 1 E eines kegelförmigen
Schaftfräsers 1
R Referenzschneide
S Standweg
t6 erste Spanraumtiefe
t7 zweite Spanraumtiefe
t8 dritte Spanraumtiefe
t9 vierte Spanraumtiefe
t7' und t9' größere Spanraumtiefe
t6' und t8' kleinere Spanraumtiefe
Tu ungleiche Zahnteilung
tRs Spanraumtiefe der Referenzschneide an der Stirnseite
tRE Spanraumtiefe der Referenzschneide in Richtung zum Einspannbereich
tU1 s Spanraumtiefe der ersten Umfangsschneidenart an der Stirnseite
tU1 E Spanraumtiefe der ersten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich tU2s Spanraumtiefe der zweiten Umfangsschneidenart an der Stirnseite
tU2E Spanraumtiefe zweiten Umfangsschneidenart in Richtung zum Einspannbereich
U1 erste Umfangsschneidenart
U2 zweite Umfangsschneidenart Wr radialer Freiwinkel
Wx Spanwinkel a1 erster Versatzwinkel a2 zweiter Versatzwinkel a3 dritter Versatzwinkel a4 vierter Versatzwinkel γ Kegelwinkel

Claims

Patentansprüche
Schaftfräser (1) mit einem Kern (11), an welchen sich umfangsseitig mindestens zwei Umfangsschneiden anschließen, wobei durch jeweils eine Umfangsschneide eine Spanraumtiefe definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide (R) bildet und sich die Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide (R) aus Richtung einer Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1 E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise verringert und
sich die Spanraumtiefe wenigstens einerweiteren Umfangsschneide einer ersten Umfangsschneidenart (U1) aus Richtung der Stirnseite (1 S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1 E) des Schaftfräsers (1) zumindest bereichsweise erhöht.
Schaftfräser (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Spanraumtiefe (tRs) der Referenzschneide (R) über die gesamte Länge (LS) oder einen Längenbereich (Ls1) bis auf eine Spanraumtiefe (tRe) reduziert und
dass sich die Spanraumtiefe (tU1 s) der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) über die gesamte Länge (LS) oder den Längenbereich (Ls1) der Referenzschneide (R) bis auf eine Spanraumtiefe (tUI^ entgegengesetzt zum Verlauf der Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) erhöht. Schaftfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) und die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) von der Stirnseite (1 S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1 E) des Schaftfräsers (1) erst gleichmäßig verläuft und sich dann in Richtung zum Einspannbereich reduziert / erhöht oder
dass sich Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) und die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) ausgehend von der Stirnseite (1S) des
Schaftfräsers (1) in Richtung zu einem Einspannbereich (1 E) des Schaftfräsers (1) erst reduziert / erhöht und dann bis zum Einspannbereich gleichmäßig verläuft oder
dass sich Spanraumtiefe der Referenzschneide (R) und die Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) bis zum Einspannbereich (1 E) des Schaftfräsers (1) reduziert / erhöht.
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spanraumtiefe (tU1s) der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) an der Stirnseite (1 S) im Wesentlichen der Spanraumtiefe (tR^ der Referenzschneide (R) in Richtung zum Einspannbereich (1 E) entspricht und
dass die Spanraumtiefe (tUle) der weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) in Richtung zum Einspannbereich (1 E) im Wesentlichen der Spanraumtiefe (tRs) der Referenzschneide (R) an der Stirnseite (1 S) entspricht oder kleiner ist als (tRs).
Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine Referenzschneide (R), wenigstens eine weitere erste Umfangsschneidenart (U1) und wenigstens eine weitere zweite Umfangsschneidenart (U2) aufweist, wobei die Spanraumtiefe der Umfangsschneide der weiteren zweiten Umfangsschneidenart (U2) von der Stirnseite (1S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1 E) des Schaftfräsers (1) gleichbleibend bzw. im Wesentlichen gleich bleibend verläuft.
6. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Spanraumtiefe der wenigstens einen Referenzschneide und/oder Erhöhung der Spanraumtiefe der wenigstens einen weiteren Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart von der Stirnseite (1 S) des Schaftfräsers (1) in Richtung zum Einspannbereich (1 E) des Schaftfräsers (1) linear erfolgt.
7. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) des
Schaftfräsers (1) im Querschnitt zumindest bereichsweise von einer Kreisform abweicht und in dem von der Kreisfoim abweichenden Längenbereich ausgehend von der Stirnseite (1S) in Richtung zum
Einspannbereich (1 E) spiralförmig verläuft.
8. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanwinkel (Wa) wenigstens zweier Umfangsscheiden unterschiedlich zueinander sind und/oder dass der Spanwinkel (Wa) wenigstens einer Umfangsschneide sich vom Stimbereich (1S) zum Einspannbereich (1 E) hin verändert.
9. Schaftfräser (1) nach einer der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass dieser genau drei Umfangsschneiden aufweist, wobei
o eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist oder
o zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind
oder
dass dieser genau vier Umfangsschneiden aufweist, wobei zwei sich gegenüberliegende
Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen jeweils zwei Referenzschneiden jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist
oder
dass dieser genau fünf Umfangsschneiden aufweist, wobei
o eine Umfangsschneide die Referenzschneide ist wobei wenigstens eine der weiteren vier
Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist oder
o zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwischen den zwei
Referenzschneiden einmal eine weitere Umfangsschneide und einmal zwei nebeneinander liegende weitere Umfangsschneiden angeordnet sind
oder
o drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und jeweils zwei Referenzschneiden
zueinander benachbart sind und zwischen den zwei benachbarten und der dritten
Referenzschneide jeweils eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist
oder
- dass dieser genau sechs Umfangsschneiden aufweist, wobei
o wenigstens eine Umfangsschneide eine Referenzschneide ist und wobei wenigstens eine der weiteren fünf Umfangsschneiden eine weitere Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist
oder
o wenigstens zwei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind und zwischen den
Referenzschneiden weitere Umfangsschneiden angeordnet sind wobei wenigstens eine weitere Umfangsschneide eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist
oder o drei Umfangsschneiden die Referenzschneiden sind, wobei jeweils zwischen zwei
Referenzschneiden eine weitere Umfangsschneide angeordnet ist und wobei wenigstens eine der weiteren Umfangsschneiden eine Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart ist.
10. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die
Schneidenabstände benachbarter oder gegenüberliegender Umfangsschneiden von derStimseite (1S) zum Einspannbereich (1 E) vergrößern oder verringern.
11. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen einem radialen Freiwinkel (Wr) wenigstens einer Umfangsschneide und einem Zahnrücken dieser
Umfangsschneide ein im Wesentlichen tangentialer Übergang ausgebildet ist und/oder dass die Freiwinkel in Form von Facetten ausgebildet sind.
12. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (Wa) der Referenzschneide (R) gleich, größer oder kleiner als der Spanwinkel (Wa) der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart ist und/oder dass sich der Spanwinkel (Wa) der Referenzschneide (R) und/oder der Spanwinkel (Wa) der Umfangsscheide der ersten Umfangsschneidenart (U1) über deren Schneidenlänge/n ändert.
13. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichmäßiger Spanraumtiefe der Spanwinkel (Wa) der Umfangsschneiden der zweiten Umfangsschneidenart (U2) gleichmäßig ausgebildet ist.
14. Schaftfräser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
- dass zur Bearbeitung von Titan der im Vergleich der Spanwinkel (Wa) große Spanwinkel 8 - 18° und der im Vergleich der Spanwinkel kleine Spanwinkel 2 - 7°beträgt,oder
- dass zur Bearbeitung von hochlegierten Stählen der Spanwinkel (Wa) bei großer Spanraumtiefe zwischen 5 - 12 ° und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 1 - 7 ° beträgt, oder
- dass zur zur Bearbeitung von Faserverbundmaterial dass der Spanwinkel (Wa) bei großer Spanraumtiefe zwischen 12 -25 ° und bei kleiner Spanraumtiefe zwischen 8 - 16 ° beträgt.
15. Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Spanwinkel (Wa) der Referenzschneide (R) von einem großen Spanwinkel im Bereich der Stirnseite (1S) auf einen kleinen Spanwinkel (Wa) in Richtung des Einspannbereichs (1 E) reduziert ist und dass der kleine Spanwinkel (Wa) der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) im Bereich der Stimseite (1S) auf einen großen Spanwinkel (Wa) in Richtung des Einspannbereichs (1 E) vergrößert ist oder
dass der Spanwinkel (Wa) der Referenzschneide (R) von einem kleinen Spanwinkel (Wa) im Bereich der Stirnseite (1S) auf einen großen Spanwinkel (Wa) in Richtung des Einspannbereichs (1 E) vergrößert ist und dass der große Spanwinkel (Wa) der Umfangsschneide der ersten Umfangsschneidenart (U1) im Bereich der Stimseite (1S) auf einen kleinen Spanwinkel (Wa) in Richtung des Einspannbereichs (1 E) reduziert ist.
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