WO2020011682A1 - Fräswerkzeug, verfahren zum auslegen eines solchen fräswerkzeugs, und kit mit einem solchen fräswerkzeug - Google Patents

Fräswerkzeug, verfahren zum auslegen eines solchen fräswerkzeugs, und kit mit einem solchen fräswerkzeug Download PDF

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2250/00—Compensating adverse effects during milling
    • B23C2250/16—Damping vibrations

Definitions

  • Milling tool method for designing such a milling tool, and kit with such a milling tool
  • a lateral, that is to say radial, alignment of the cutting edges can be adapted such that the feeds per cutting edge for each cutting edge are at least essentially the same, preferably the same.
  • any large angle differences between the cutting edges can be used.
  • Tools with correspondingly unevenly distributed cutting edges produce fewer vibrations, so that the surface quality of the machined workpiece is increased. Due to the reduction in the excited vibrations, there is also less stress on both the milling tool and a machine tool with which the milling tool is used. Fastening devices, both for the milling tool and for the workpiece, are also less stressed.
  • the milling tool is moved perpendicular to the tool center axis during milling. This is the feed movement previously mentioned.
  • a certain feed per revolution of the milling tool is set, which is the quotient of the - linear - feed speed divided by the speed of the milling tool.
  • This feed per revolution can in turn be converted into a feed per cutting edge for each of the cutting edges, in particular taking into account the angular division of the cutting edges, as explained below.
  • This feed per cutting edge is different for the cutting edges if the angular division is not equal - if there is no radial correction, i.e. all cutting edges have the same flight circle.
  • the radial correction proposed here by selecting different flight circles for the different cutting edges is carried out in such a way that the Feed per cutting edge - and thus the cutting performance - is essentially the same for the individual cutting edges.
  • a cutting edge leading a cutting edge is understood to mean a cutting edge which - viewed in the direction of rotation of the milling tool - leads the viewed cutting edge directly, that is to say, when machining a workpiece immediately before the viewed cutting edge, it comes into engagement with the material of the workpiece.
  • the object is also achieved by creating a method for designing, preferably for producing, a milling tool according to the invention or a milling tool according to one of the exemplary embodiments described above, wherein a first flight circle is defined for a first cutting edge of the plurality of cutting edges, and wherein a plurality second Cutting edges of the plurality of cutting edges are set back radially relative to the first flight circle, wherein a respective back offset for each second cutting edge is preferably selected depending on the respective pitch angle to the leading cutting edge.
  • the milling tool is then preferably produced with the correspondingly found cutting edge arrangement. In this way the milling tool is obtained.
  • the back offsets for the second cutting edges are determined in the following manner: a) a specific feed per revolution is determined for the milling tool. Then b) a feed per cutting edge is calculated for each cutting edge of the plurality of cutting edges. C) an average feed per cutting edge is calculated for an imaginary - hypothetical - even distribution of the cutting edges along the circumference of the milling tool, i.e. the feed per cutting edge is calculated as the average feed per cutting edge that would theoretically result if the cutting edges were along the circumference of the milling tool would be evenly distributed.
  • the cutting edge is determined which - according to step b) - is assigned the largest feed per cutting edge at the specified angular division of the cutting edges, this cutting edge starting from the first flight circle by the difference between the largest feeding per cutting edge and the average feed is reset radially per cutting edge.
  • the feed per revolution for the milling tool 10 is chosen here by way of example to be 0.5 mm per revolution.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug (10), mit einer Mehrzahl von Schneiden (30), die in Umfangsrichtung des Fräswerkzeugs (10) versetzt an dem Fräswerkzeug (10) angeordnet sind, wobei die Schneiden (30) in Umfangsrichtung eine ungleiche Winkelteilung aufweisen, und wobei zumindest zwei Schneiden (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) verschiedene Flugkreise zugeordnet sind.

Description

BESCHREIBUNG
Fräswerkzeug, Verfahren zum Auslegen eines solchen Fräswerkzeugs, und Kit mit einem solchen Fräswerkzeug
Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug, ein Verfahren zum Auslegen eines solchen Fräs Werkzeugs, und ein Kit mit einem solchen Fräswerkzeug.
Beim Fräsen besteht - insbesondere im Unterschied zum Bohren oder Reiben - die Herausforderung, dass Schneiden eines Fräswerkzeugs nicht permanent in Eingriff mit einem bearbeiteten Werkstück sind, sondern vielmehr zyklisch in das Werkstück ein- und wieder aus dem Werkstück austauchen. Das zyklische Auf- und wieder Absetzen der einzelnen Schneiden auf dem Werkstück bewirkt Stöße, die zu systematischen Anregungen und damit zu Schwingungen führen, was unvorteilhaft die Oberflächenrauigkeit des bearbeiteten Werkstücks erhöht. Um diese Schwingungen zu reduzieren, ist vorgeschlagen worden, Schneiden eines Fräswerkzeugs in Umfangsrichtung mit ungleicher Winkelteilung anzuordnen. Dadurch entsteht eine unregelmäßige Anordnung bei der Bearbeitung des Werkstücks, wodurch die Neigung zu Schwingungen im Vergleich zu Werkzeugen mit gleichmäßiger Winkelteilung geringer ist. Dabei werden allerdings typischerweise nur geringfügige Winkelunterschiede vorgesehen, in der Regel nämlich ca. 8% Abweichung in den Teilungswinkeln zwischen den einzelnen Schneiden, um unterschiedliche Vorschübe pro Schneide zumindest für alle praktischen Anwendungen vemachlässigbar klein zu halten. Problematisch ist nämlich, dass sich durch die ungleichmäßige Anordnung der Schneiden unterschiedlich große Schnittintervalle ergeben, wobei die einzelnen Schneiden durch unterschiedliche Vorschübe pro Schneide unterschiedlich belastet werden. Dies wiederum führt zu ungleichmäßiger Abnutzung und zu verschiedenen Standzeiten der verschiedenen Schneiden. Außerdem können verschieden starke Stöße in den Schneiden zusätzliche Anregungen verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fräswerkzeug, ein Verfahren zum Auslegen eines solchen Fräswerkzeugs und ein Kit mit einem solchen Fräswerkzeug zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Fräswerkzeug mit einer Mehrzahl von Schneiden geschaffen wird, wobei die Schneiden in Umfangsrichtung des Fräswerkzeugs zueinander versetzt an dem Fräswerkzeug angeordnet sind. Die Schneiden weisen in Umfangsrichtung eine ungleiche Winkelteilung auf. Dabei sind zumindest zwei Schneiden der Mehrzahl von Schneiden verschiedene Flugkreise zugeordnet. Insbesondere weisen zumindest zwei Schneiden der Mehrzahl von Schneiden verschiedene Flugkreise auf. Auf diese Weise können vorteilhaft die aufgrund der ungleichmäßigen Winkelteilung verschiedenen Vorschübe pro Schneide aneinander angeglichen werden. Der Vorschub pro Schneide ist dabei ein Maß für die von der jeweiligen Schneide erbrachte Zerspanungsleistung. Insbesondere kann eine seitliche, das heißt radiale, Ausrichtung der Schneiden so angepasst werden, dass die Vorschübe pro Schneide für jede Schneide zumindest im Wesentlichen gleich, vorzugsweise gleich sind. Dies wiederum ermöglicht vorteilhaft eine größere Ungleichheit der Winkelteilung, als sie bei konventionellen Fräswerkzeugen angewendet wird, insbesondere mit Winkelunterschieden größer als 8%. Insbesondere können beliebig große Winkelunterschiede zwischen den Schneiden eingesetzt werden. Werkzeuge mit entsprechend ungleichmäßig verteilten Schneiden produzieren weniger Schwingungen, so dass die Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstücks gesteigert wird. Aufgrund der Reduzierung der angeregten Schwingungen ergibt sich auch eine geringere Beanspruchung sowohl des Fräswerkzeugs als auch einer Werkzeugmaschine, mit welcher das Fräswerkzeug verwendet wird. Auch Befestigungsvorrichtungen, sowohl für das Fräswerkzeug als auch für das Werkstück, werden geringer beansprucht. Es ergibt sich eine vergleichmäßigte Kraftverteilung an den Schneiden, die dadurch auch vergleichmäßigte und insbesondere längere Standzeiten aufweisen. Die Lauffuhe während des Fräsvorgangs ist vorteilhaft erhöht. In besonders bevorzugter Ausgestaltung können Schrupp- und Schlichtvorgänge mit demselben Fräswerkzeug ausgeführt werden, da die Oberflächenqualität vorteilhaft erhöht ist. Es ergibt sich daraus wiederum eine Zeit- und Kostenersparnis durch weniger Werkzeugwechsel und Einrichtungsarbeiten.
Unter Fräsen wird hier insbesondere ein spanabnehmendes Bearbeitungsverfahren mit rotierendem Werkzeug verstanden. Die Schneiden des Fräswerkzeugs erzeugen dabei die Schnittbewegung durch ihre Drehung um eine Werkzeugmittelachse des Fräswerkzeugs als Rotationsachse. Zugleich wird eine Vorschubbewegung zwischen dem Fräswerkzeug und einem bearbeiteten Werkstück bewirkt. Dabei kann die Vorschubbewegung am Fräswerkzeug und/oder am Werkstück aus geführt werden.
Eine Axialrichtung erstreckt sich in Richtung der Werkzeugmittelachse, das heißt, der bestimmungsgemäßen Rotationsachse des Fräswerkzeugs. Die Umfangsrichtung umgreift die Werkzeugmittelachse konzentrisch. Eine Radialrichtung steht senkrecht auf der Werkzeugmittelachse.
Die Schneiden sind insbesondere Schneidkanten des Fräswerkzeugs. Diese können direkt an einem Grundkörper des Fräswerkzeugs ausgebildet sein, oder aber an Schneideinsätzen, insbesondere Wendeschneidplatten, die an dem Grundkörper befestigt, beispielsweise an den Grundkörper angeschraubt oder in den Grundkörper eingelötet sind. Insbesondere sind die Schneiden Hauptschneiden einer zugeordneten Schneidengeometrie.
Die Schneiden sind insbesondere an dem Grundkörper des Fräswerkzeugs zueinander in Umfangsrichtung versetzt, das heißt paarweise mit einem endlichen Winkelabstand zueinander, an dem Grundkörper angeordnet.
Dass die Schneiden in Umfangsrichtung eine ungleiche Winkelteilung zueinander aufweisen, bedeutet insbesondere, dass mindestens zwei Winkel, die zwei verschiedene Paare einander unmittelbar benachbarter Schneiden jeweils miteinander einschließen, voneinander verschieden sind. Ein Flugkreis ist insbesondere ein gedachter Kreis, der definiert ist durch die Bahn, die ein Punkt auf einer Schneide, der entlang der Schneidengeometrie den größten Abstand zur Werkzeugmittelachse aufweist, bei der Rotation des Fräswerkzeugs um die Werkzeugmittelachse beschreibt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedes Paar von einander unmittelbar benachbarten Schneiden einen ihm zugeordneten Teilungswinkel aufweist - das ist der Winkelabstand, den die einander unmittelbar benachbarten Schneiden des jeweiligen Paares zueinander aufweisen -, wobei alle Teilungswinkel des Fräswerkzeugs - insbesondere paarweise - voneinander verschieden sind. Dies bedeutet wiederum, dass kein Teilungswinkel an dem Fräswerkzeug zweimal mit identischem Wert auftritt. Auf diese Weise wird in besonderem Maß eine Schwingungsanregung bei der Bearbeitung eines Werkstücks reduziert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Schneide ein eigener Flugkreis zugeordnet ist, wobei alle Flugkreise - insbesondere paarweise - voneinander verschieden sind. Dies bedeutet wiederum, dass kein Flugkreis an dem Fräswerkzeug zweimal vorgesehen ist. Insbesondere weisen keine zwei Flugkreise der Schneiden identische Durchmesser auf. Anders formuliert ist jeder Schneide ein eigener Flugkreis zugeordnet, der keiner anderen Schneide zugeordnet ist.
Insbesondere sind bevorzugt alle Teilungs winkel voneinander verschieden, und zugleich ist jeder Schneide ein eigener Flugkreis zugeordnet, wobei alle Flugkreise voneinander verschieden sind. Dies ermöglicht zugleich eine sehr geringe Schwingungsanregung und eine äußerst effiziente Korrektur der unterschiedlichen Belastungen der einzelnen Schneiden, sodass die auftretenden Schnittkräfte und damit letztlich auch die Standzeiten der Schneiden besonders effizient homogenisiert werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flugkreise der Schneiden - vorzugsweise in Abhängigkeit von der Winkelteilung - so gewählt sind, dass ein Vorschub pro Schneide des Fräswerkzeug zumindest für einen bestimmten Vorschub pro Umdrehung des Fräswerkzeugs für jede Schneide im Wesentlichen gleich groß, vorzugsweise gleich groß ist. Insbesondere auf diese Weise wird die Schneidleistung sowie ein abgetragenes Spanvolumen unter den Schneiden vergleichmäßigt, sodass deren Belastung, Zerspanungsleistung, Abnutzung und Standzeiten vorteilhaft homogenisiert sind.
Das Fräswerkzeug wird im Rahmen der Fräsbearbeitung senkrecht zur Werkzeugmittelachse verlagert. Dies ist die bereits zuvor angesprochene Vorschubbewegung. Dabei wird ein bestimmter Vorschub pro Umdrehung des Fräswerkzeugs eingestellt, der sich als Quotient aus der - linearen - Vorschubgeschwindigkeit dividiert durch die Drehzahl des Fräswerkzeugs ergibt. Dieser Vorschub pro Umdrehung kann wiederum - insbesondere unter Berücksichtigung der Winkelteilung der Schneiden, wie im Folgenden erläutert - umgerechnet werden in einen Vorschub pro Schneide für jede der Schneiden. Dieser Vorschub pro Schneide ist bei ungleicher Winkelteilung - wenn keine radiale Korrektur erfolgt, also alle Schneiden den gleichen Flugkreis aufweisen - für die Schneiden verschieden. Die hier vorgeschlagene radiale Korrektur durch die Wahl verschiedener Flugkreise für die verschiedenen Schneiden wird so durchgeführt, dass der Vorschub pro Schneide - und damit die Zerspanungsleistung - für die einzelnen Schneiden im Wesentlichen gleich groß wird.
Dass die Vorschübe pro Schneide im Wesentlichen gleich groß sind, bedeutet bevorzugt insbesondere, dass die Vorschübe pro Schneide für die einzelnen Schneiden - insbesondere paarweise - voneinander um höchstens 10%, vorzugsweise um höchstens 5%, vorzugsweise um höchstens 1%, vorzugsweise um höchstens 5%o, vorzugsweise um höchstens 2%o, besonders bevorzugt um weniger als 2%o, abweichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Schneide der Mehrzahl von Schneiden auf einem ersten Flugkreis angeordnet ist, wobei eine Mehrzahl zweiter Schneiden der Mehrzahl von Schneiden relativ zu dem ersten Flugkreis radial zurückgesetzt sind, wobei ein jeweiliger Rückversatz für jede zweite Schneide vorzugsweise abhängig von dem jeweiligen Teilungswinkel zu der jeweils vorlaufenden Schneide gewählt ist. Der erste Flugkreis definiert dabei vorteilhaft einen Nenn-Durchmesser des Fräs Werkzeugs, wobei die zweiten Schneiden, vorzugsweise alle anderen Schneiden außer der ersten Schneide, relativ zu dem Nenn-Durchmesser in radialer Richtung zurückgesetzt sind.
Dass der Rückversatz für jede zweite Schneide abhängig von dem jeweiligen Teilungswinkel zu der jeweiligen, der Schneide vorlaufenden Schneide gewählt ist, bedeutet insbesondere, dass in die Berechnung des Rückversatzes der entsprechende Teilungswinkel eingeht. Dabei muss keinesfalls eine einfache Beziehung gegeben sein; insbesondere ist die Abhängigkeit in bevorzugter Ausgestaltung keine monotone Abhängigkeit. Vielmehr wird der konkrete Rückversatz bevorzugt gemäß einem im Folgenden noch beschriebenen Iterationsverfahren berechnet.
Unter einer einer Schneide vorlaufenden Schneide wird eine Schneide verstanden, die - in Umdrehungsrichtung des Fräswerkzeugs gesehen - der betrachteten Schneide unmittelbar voreilt, das heißt, bei der Bearbeitung eines Werkstücks unmittelbar vor der betrachteten Schneide in Eingriff mit dem Material des Werkstücks kommt.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Auslegen, vorzugsweise zum Herstellen, eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs oder eines Fräswerkzeugs nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen wird, wobei ein erster Flugkreis für eine erste Schneide der Mehrzahl von Schneiden festgelegt wird, und wobei eine Mehrzahl zweiter Schneiden der Mehrzahl von Schneiden relativ zu dem ersten Flugkreis radial zurückgesetzt werden, wobei ein jeweiliger Rückversatz für jede zweite Schneide bevorzugt abhängig von dem jeweiligen Teilungswinkel zu der jeweils vorlaufenden Schneide gewählt wird. Das Fräswerkzeug wird anschließend bevorzugt mit der entsprechend aufgefündenen Schneidenanordnung hergestellt. Auf diese Weise wird das Fräswerkzeug erhalten. Im Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem Fräswerkzeug erläutert wurden.
Insbesondere werden vor dem Festlegen des ersten Flugkreises oder zumindest vor dem Ermitteln der jeweiligen Rückversätze für die zweiten Schneiden die Teilungswinkel, das heißt die Winkelteilung für die Schneiden, festgelegt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rückversätze für die zweiten Schneiden auf folgende Weise ermittelt werden: Es wird a) ein bestimmter Vorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug festgelegt. Sodann wird b) für jede Schneide der Mehrzahl von Schneiden ein Vorschub pro Schneide berechnet. Es wird c) ein mittlerer Vorschub pro Schneide für eine gedachte - hypothetische - Gleichverteilung der Schneiden entlang des Umfangs des Fräswerkzeugs berechnet, das heißt derjenige Vorschub pro Schneide wird als mittlerer Vorschub pro Schneide berechnet, der sich gedanklich ergäbe, wenn die Schneiden entlang des Umfangs des Fräswerkzeugs gleichverteilt angeordnet wären. Sodann wird d) diejenige Schneide ermittelt, welcher - gemäß Schritt b) - der größte Vorschub pro Schneide bei der festgelegten Winkelteilung der Schneiden zugeordnet ist, wobei diese Schneide ausgehend von dem ersten Flugkreis um die Differenz zwischen dem größten Vorschub pro Schneide und dem mittleren Vorschub pro Schneide radial zurückgesetzt wird.
Die erste Schneide ist insbesondere, bevorzugt per Definition, diejenige Schneide, die der Schneide, die - vor der Korrektur - den größten Vorschub pro Schneide aufweist, voreilt.
Sodann wird e) für die der in dem vorhergehenden Schritt - sei es der Schritt d) oder eine zuvor ausgeführte Iteration des Schrittes e) - zurückgesetzten, vorhergehenden Schneide nachfolgende Schneide ein um den Rückversatz der vorhergehenden Schneide ergänzter Vorschub pro Schneide berechnet. Die nachfolgende Schneide wird dann um den Betrag der Differenz zwischen dem mittleren Vorschub pro Schneide und dem ergänzten Vorschub pro Schneide radial zurückgesetzt. Der ergänzte Vorschub pro Schneide wird dabei vorzugsweise berechnet als Summe des für die nachfolgende Schneide berechneten Vorschubs pro Schneide und des - additiv mit positivem Vorzeichen addierten - Rückversatzes der vorhergehenden Schneide. Dieser ergänzte Vorschub pro Schneide berücksichtigt, dass die nachfolgende Schneide durch den Rückversatz der vorhergehenden Schneide stärker belastet wird, also bei unveränderter eigener radialer Position eine größere Zerspanungsleistung erbringen muss, wenn die vorhergehende Schneide radial zurückgesetzt wird.
Dieser Schritt e) wird nun f) für die jeweils nachfolgenden Schneiden entlang des Umfangs so lange wiederholt, bis ein korrigierter Vorschub pro Schneide, der sich insbesondere als Differenz des - in Schritt b) - berechneten Vorschubs pro Schneide und einer Summe der für die jeweilige Schneide durchgeführten Rückversätze ergibt, für jede Schneide im Wesentlichen gleich dem mittleren Vorschub pro Schneide ist. Der Schritt e) wird also so lange für die Schneiden - gegebenenfalls einschließlich der ersten Schneide, für die dann gegebenenfalls der erste Flugkreis korrigiert wird - wiederholt, bis die Vorschübe pro Schneide für alle Schneiden homogenisiert, und alle im Wesentlichen gleich dem mittleren Vorschub pro Schneide sind. Dabei ist es möglich, dass dies auch bereits nach einem ersten Durchlauf der zweiten Schneiden ohne Einbeziehen der ersten Schneide, das heißt nach Berechnen der Rückversätze für alle zweiten Schneiden, der Fall ist. Hierzu wird, um dies zu prüfen, nach der Berechnung des Rückversatzes für die letzte zweite Schneide, die der ersten Schneide vorläuft, vorzugsweise der ergänzte Vorschub pro Schneide auch für die erste Schneide berechnet. Wird dabei festgestellt, dass dieser zumindest im Wesentlichen gleich dem mittleren Vorschub pro Schneide ist, ist das Verfahren beendet, ohne dass es einer Korrektur des ersten Flugkreises bedarf. Ansonsten kann - wie gesagt - das Verfahren fortgesetzt werden, bis die genannte Bedingung erfüllt ist.
Dabei wird das Verfahren bevorzugt solange fortgesetzt, bis eine definierte Abbruchbedingung erfüllt ist, die vorzugsweise dadurch gegeben ist, dass eine relative Abweichung zwischen dem Vorschub pro Schneide von dem mittleren Vorschub pro Schneide für alle Schneiden höchstens 10%, vorzugsweise höchstens 5%, vorzugsweise höchstens 1%, vorzugsweise höchstens 5%o, vorzugsweise höchstens 2%o, vorzugsweise kleiner als 2%o ist.
Der Vorschub pro Schneide wird bevorzugt berechnet als
Figure imgf000009_0001
wobei f der Vorschub pro Schneide für die betrachtete Schneide i ist, wobei i ein die jeweilige Schneide identifizierender Index ist, wobei a, der Teilungswinkel ist, um den die betrachtete Schneide i von der ihr vorlaufenden Schneide i-l in Umfangsrichtung gesehen beabstandet ist, angegeben in Grad, bei 360° für den Vollkreis, wobei fu der Vorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug ist.
Der mittlere Vorschub pro Schneide wird berechnet als fm = ^ * fu , (2) wobei fm der mittlere Vorschub pro Schneide ist, und wobei N die Anzahl der Schneiden des Fräswerkzeugs ist. Wie bereits ausgeführt, liegt also der Berechnung des mittleren Vorschubs pro Schneide der Gedanke zugrunde, dass die Schneiden hypothetisch entlang des Umfangs gleich verteilt angeordnet sind. Um die Vorgehensweise näher zu erläutern, wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass die Schneide, der der größte Vorschub pro Schneide - vor Korrektur - zugeordnet ist, die zweite Schneide mit dem Index i=2 ist. Die erste Schneide, der der erste Flugkreis zugeordnet ist, ist dann entsprechend die Schneide mit dem Index i=l. Der Vorschub für die zweite Schneide wird dann bevorzugt folgendermaßen korrigiert:
Figure imgf000010_0001
wobei f2,j=i der neue, korrigierte Vorschub pro Schneide für die zweite Schneide nach der ersten Iteration des Verfahrens ist, wobei der Zähler j die Iterationen durchzählt und hier bei der ersten Iteration entsprechend den Wert 1 annimmt.
Für die der dritten Schneide nacheilende Schneide wird dann der ergänzte Vorschub pro Schneide bevorzugt folgendermaßen berechnet:
Figure imgf000010_0002
Dabei ist hier f3j=i,erg der ergänzte Vorschub pro Schneide für die erste Iteration j=l bei der dritten Schneide i=3, und f3 ist der - ursprünglich in Schritt b) - berechnete Vorschub für die dritte Schneide i=3. Die dritte Schneide i=3 wird nun zurückgesetzt um den Betrag der Differenz zwischen dem mittleren Vorschub pro Schneide fm und dem ergänzten Vorschub für die dritte Schneide i=3 in der ersten Iteration j=l. Es ergibt sich dann der in der ersten Iteration korrigierte Vorschub für die dritte Schneide:
Figure imgf000011_0001
Dies wird nun zyklisch iteriert über die Schneiden i, gegebenenfalls in einer Mehrzahl von Iterationen j, wobei insbesondere die ergänzten Vorschübe pro Schneide bevorzugt folgendermaßen formalisiert werden können:
Figure imgf000011_0002
und wobei die entsprechend korrigierten Vorschübe pro Schneide vorzugsweise formalisiert werden können als:
Figure imgf000011_0003
Dabei entspricht der Indexwert j=0 insbesondere dem ursprünglich berechneten Vorschub pro Schneide vor Beginn der Korrektur.
Erreicht man nach Abarbeiten der zweiten Schneiden die erste Schneide i=l, wird für diese probehalber der ergänzte Vorschub pro Schneide berechnet. Ist dabei das Abbruchkriterium - wie oben definiert - erreicht, wird das Verfahren beendet, und die radiale Anordnung der ersten Schneide i=l wird nicht korrigiert. Andernfalls wird das Verfahren in einer nächsten Iterationsrunde fortgesetzt.
Der korrigierte Vorschub pro Schneide ergibt sich schließlich bevorzugt als Summe über die korrigierten Vorschübe pro Schneide der einzelnen Iterationsrunden, was insbesondere folgendermaßen formalisiert werden kann:
Figure imgf000011_0004
wobei zu beachten ist, dass hierbei für die erste Iteration der Korrektur der zweiten Schneide i=2, j=l für den ergänzten Vorschub pro Schneide der ursprüngliche Vorschub pro Schneide für die zweite Schneide i=2 einzusetzen ist, da ja die ihr vorlaufende erste Schneide i=l nicht zurückgesetzt wurde und daher der ergänzte Vorschub mit dem ursprünglichen Vorschub pro Schneide identisch ist.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Kit geschaffen wird, welches ein erfindungsgemäßes Fräswerkzeug oder ein Fräswerkzeug nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist, und außerdem einen Anwendungshinweis, umfassend eine Anweisung, das Fräswerkzeug mit dem bestimmten Vorschub pro Umdrehung zu verwenden. Hierdurch wird vorteilhaft gewährleistet, dass das Fräswerkzeug mit demjenigen Vorschub pro Umdrehung verwendet wird, für den die Rückversätze der einzelnen Schneiden berechnet wurden. Somit ergeben sich im Zusammenhang mit dem Kit diejenigen Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem Fräswerkzeug und dem Verfahren erläutert wurden.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine seitliche (bzw. radiale) Korrektur der Schneiden der Fräswerkzeuge bei ungleichmäßiger Anordnung der Schneiden, d. h. die Schneiden müssen bei existierenden Winkelunterschieden zwischen den Schneiden so korrigiert werden, dass die Vorschübe pro Zahn alle möglichst gleich (idealerweise gleich groß) sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fräswerkzeugs;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Stimansicht eines Ausführungsbeispiels des
Fräswerkzeugs sowie der hier durchgeführten Korrektur gemäß einer Ausführungsform des V erfahrens .
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fräswerkzeugs 10, das eine Mehrzahl von Schneiden 30 aufweist, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen hier nur eine mit dem entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet ist. Die Schneiden 30 sind dabei in Umfangsrichtung des Fräswerkzeugs 10 zueinander versetzt an dem Fräswerkzeug 10 angeordnet, hier insbesondere in Form von an einem Grundkörper 50 des Fräswerkzeug 10 befestigten Wendeschneidplatten. Diese sind hier insbesondere an den Grundkörper 50 geschraubt, sie können aber beispielsweise auch mit diesem verlötet, insbesondere an diesen hartgelötet sein.
Die Schneiden sind in Umfangsrichtung in ungleicher Winkelteilung an dem Fräswerkzeug 10 vorgesehen. Dabei sind zumindest zwei Schneiden der Mehrzahl von Schneiden 30 verschiedene Flugkreise zugeordnet. Besonders bevorzugt sind allen Schneiden 30 der Mehrzahl von Schneiden 30 jeweils verschiedene Flugkreise zugeordnet. Das Fräswerkzeug 10 weist dadurch eine sehr geringe Schwingungserregung bei dem Bearbeiten eines Werkstücks auf, insbesondere eine deutlich verringerte Rattemeigung, wobei zugleich ein Vorschub pro Schneide, damit auch ein Spanvolumen und eine Zersparungsleistung, sowie letztlich eine Abnutzung und eine Standzeit über die Schneiden 30 vergleichmäßigt ist.
Insbesondere weist jedes Paar von einander unmittelbar benachbarten Schneiden 30 einen zugeordneten Teilungs winkel auf, wobei alle Teilungs winkel voneinander verschieden sind. Insbesondere sind alle Flugkreise der Schneiden 30 jeweils voneinander verschieden.
Die Flugkreise der Schneiden 30 sind so gewählt, dass ein Vorschub pro Schneide des Fräswerkzeugs 10 zumindest für einen bestimmten Vorschub pro Umdrehung des Fräswerkzeugs 10 für jede Schneide 30 im Wesentlichen gleich groß ist.
Dabei ist bevorzugt eine erste Schneide 30 der Mehrzahl von Schneiden 30 auf einem ersten Flugkreis angeordnet, der auch dem Nenn-Durchmesser des Fräswerkzeugs 1 entspricht, wobei eine Mehrzahl zweiter Schneiden 30 der Mehrzahl von Schneiden 30 relativ zu dem ersten Flugkreis radial zurückgesetzt sind, wobei ein jeweiliger Rückversatz für jede zweite Schneide bevorzugt abhängig von dem jeweiligen Teilungs winkel zu der jeweils vorlaufenden Schneide 30 gewählt ist. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Stimansicht des Fräswerkzeugs 10 mit den Schneiden 30, wobei die Schneiden mit einem Index i durchnummeriert und mit einem Buchstaben z gekennzeichnet sind, sodass eine erste Schneide i=l mit zl bezeichnet ist, eine zweite Schneide i=2 mit z2, usw.. insgesamt weist das Fräswerkzeug 10 hier fünf Schneiden 30 auf. Die Drehrichtung des Werkzeugs ist durch einen ersten Pfeil Pl angegeben und entspricht dem Uhrzeigersinn. Eine Drehzahl w für das Fräswerkzeug 10 ist in dessen Betrieb bevorzugt konstant. Angegeben sind auch die den einzelnen Schneiden 30 zugeordneten Teilungswinkel a, zu der jeweils vorlaufenden Schneide, wobei der der zweiten Schneide z2 zugeordnete Teilungswinkel a2, kurz zweiter Teilungswinkel a2 genannt, hier beispielhaft 110° beträgt, wobei der dritte Teilungswinkel a3 beispielhaft 60° beträgt, wobei der vierte Teilungswinkel a4 beispielhaft 70° beträgt, wobei der fünfte Teilungswinkel 0.5 beispielhaft 55° beträgt, wobei der erste Teilungswinkel ai beispielhaft 65° beträgt.
Das Fräswerkzeug 10 wird hier relativ zu einem schematisch angedeuteten Werkstück 70 linear mit konstanter Geschwindigkeit v entlang einer durch einen zweiten Pfeil P2 angedeuteten Richtung verlagert. Dies ist der Vorschub des Fräswerkzeugs 10. Dargestellt sind außerdem Kurven, entlang derer die einzelnen Schneiden 30 mit dem Werkstück 70 in Eingriff sind. Dabei sind durchgezogen den einzelnen Schneiden 30 zugeordnete Eingriffskurven K, dargestellt, wie sie sich vor der hier vorgeschlagenen Korrektur der radialen Position der Schneiden 30 ergeben. Als gestrichelte Kurven
Figure imgf000014_0001
sind die Eingriffskurven nach Durchführung der hier vorgeschlagenen Korrektur dargestellt. Die linksseitig dargestellten Startpunkte der Kurven K,, K’i sind dabei für einen besseren Vergleich zusammengelegt, sodass sich eine rein schematische, in der Realität nicht zutreffende, jedoch für die hier angestellte Betrachtung instruktive Darstellung der Eintrittspunkte der Schneiden 30 in das Werkstück 70 ergibt, wobei durch die Zusammenlegung der Startpunkte der Kurven K,, K\ die entsprechenden Veränderungen im abgetragenen Spanvolumen aufgrund der Korrektur der Schneidenanordnung besser betrachtet werden können. Die sich aus der Korrektur ergebenden Veränderungen der Kurven, die zugleich Veränderungen im abgetragenen Spanvolumen sind, sind hier als Schraffuren zwischen der jeweiligen ursprünglichen Kurve K, und der zugeordneten korrigierten Kurve K\ dargestellt.
Für die erste Schneide zl ergibt sich keine Korrektur, das heißt die korrigierte Fräsbahn ist mit der ursprünglichen Fräsbahn Ki identisch. Dies bedeutet, dass zur Auslegung des Fräswerkzeugs 10 der erste Flugkreis für die erste Schneide zl festgelegt wird, wobei die anderen Schneiden relativ zu dem ersten Flugkreis radial zurückgesetzt werden, wobei der jeweilige Rückversatz für die anderen Schneiden abhängig von dem jeweiligen Teilungswinkel a, zu der jeweils vorlaufenden Schneide gewählt wird.
Konkret wird hierzu bevorzugt Folgendes durchgeführt: Insbesondere nach Festlegen der Teilungswinkel für die Schneiden 30 wird a) ein bestimmter Vorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug 10 festgelegt, der sich insbesondere aus der Vorschubgeschwindigkeit v dividiert durch die Drehzahl w - gegebenenfalls, je nach Einheit von w bis auf einen Faktor 2p - ergibt. Der Vorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug 10 sei hier beispielhaft zu 0,5 mm pro Umdrehung gewählt.
Es wird b) für jede Schneide 30 der Mehrzahl von Schneiden 30 ein Vorschub pro Schneide berechnet.
Es wird c) ein mittlerer Vorschub pro Schneide für eine gedachte Gleichverteilung der Schneiden 30 entlang des Umfangs des Fräswerkzeugs 10 ermittelt. Der mittlere Vorschub pro Schneide ist gemäß der oben angegebenen Gleichung (2) gleich 0,1 mm. Der - unkorrigierte - Vorschub pro Schneide ergibt hier insbesondere anhand der obigen Gleichung (1) unter Anwendung der angegebenen Teilungs winkel für Schneiden zi: zl 0,0903 mm, z2 0,153 mm, z3 0,0833 mm, z4 0,0972 mm, z5 0,0764 mm.
Es wird nun diejenige Schneide ermittelt, welcher der größte Vorschub pro Schneide zugeordnet ist, dies ist hier die zweite Schneide z2. Für diese Schneide wird nun ein Rückversatz ermittelt aus der Differenz zwischen dem größten Vorschub pro Schneide und dem mittleren Vorschub pro Schneide, die hier beispielhaft 0,053 mm beträgt. Um diese Differenz wird die zweite Schneide z2 ausgehend von dem ersten Flugkreis radial zurückgesetzt, was auch in Figur 2 so angedeutet ist.
Es wird dann für die nachfolgende, dritte Schneide z3 ein um den Rückversatz der vorhergehenden Schneide z2 ergänzter Vorschub pro Schneide berechnet, nämlich als Summe aus dem ursprünglichen Vorschub pro Schneide für die dritte Schneide z3, nämlich 0,0833 mm, zuzüglich des Rückversatzes für die zweite Schneide z2, nämlich 0,053mm, sodass sich als ergänzter Vorschub pro Schneide für die dritte Schneide z3 0,1363 mm ergibt. Dies entspricht der zusätzlichen Zerspanungsleistung, die die dritte Schneide z3 aufwenden müsste, wen die zweite Schneide z2 zurückgesetzt würde, jedoch die dritte Schneide z3 unverändert an ihrer nicht korrigierten Position verbliebe.
Diese Zusatzarbeit wird nun für den Rückversatz der dritten Schneide z3 berücksichtigt, indem diese ausgehend von dem ersten Flugkreis um den Betrag der Differenz zwischen dem mittleren Vorschub pro Schneide und dem ergänzten Vorschub pro Schneide zurückgesetzt wird, also um den Betrag der Differenz zwischen 0,1 mm und 0,1363 mm. Der Rückversatz der dritten Schneide beträgt somit 0,0363 mm. Diese Vorgehens weise wird nun für die vierte Schneide z4 wiederholt. Für diese ergibt sich analog ein ergänzter Vorschub pro Schneide von 0,1335 m, sowie entsprechend ein Rückversatz von 0,0335 mm.
Anschließend wird diese Vorgehens weise für die fünfte Schneide z5 wiederholt, für diese ergibt sich ein ergänzter Vorschub pro Schneide von 0,1099 mm, und entsprechend ein Rückversatz von 0,0099 mm.
Für die zweite Schneide z2, die dritte Schneide z3, die vierte Schneide z4, und die fünfte Schneide z5 ergeben sich nach der hier vorgenommenen Korrektur korrigierte Vorschübe pro Schneide von genau 0,1 mm, was exakt dem mittleren Vorschub pro Schneide entspricht.
Es wird nun nach Berechnung des Rückversatzes für die fünfte Schneide z5 geprüft, ob die Abbruchbedingung bei der ersten Schneide zl erfüllt wird, indem formal für die erste Schneide zl ein ergänzter Vorschub pro Schneide berechnet wird. Hierzu wird auf den ursprünglichen Vorschub pro Schneide der ersten Schneide zl, nämlich 0,0903 mm, der Rückversatz für die fünfte Schneide z5 aufaddiert, nämlich 0,0099 mm. Dies ergibt im Ergebnis einen ergänzten Vorschub pro Schneide von 0,1002 mm für die erste Schneide zl. Dies ist gerade um 2%o größer als der mittlere Vorschub pro Schneide, womit die zuvor definierte Abbruchbedingung erfüllt ist. Somit ist das Verfahren beendet. Die entsprechenden Rückversätze beziehungsweise Korrekturen kΐ für die einzelnen Schneiden zi sind auch in Figur 2 eingetragen. Ebenso sind die ursprünglichen Vorschübe pro Schneide eingetragen, wie auch die sich ergebenden, ergänzten Vorschübe pro Schneide (alle Angaben in mm, soweit nicht ausdrücklich angegeben).
Anhand von Figur 2 wird deutlich, dass die Korrektur der radialen Position der Schneiden 30, wie sie hier vorgeschlagen ist, zu einer Vergleichmäßigung der durch die einzelnen Schneiden 30 zerspanten Volumina, damit der Zerspanungsleistung und auch dem Verschleiß der Schneiden 30 führt, sodass die Standzeiten homogenisiert und im Mittel verlängert werden. Letztlich ermöglicht dies die Wahl beliebiger Ungleichverteilungen der Schneiden 30 entlang des Umfangs und damit die Bereitstellung besonders schwingungsresistenter Fräswerkzeuge 10.
Zur Erfindung gehört auch ein Kit 90, welches das Fräswerkzeug 10 sowie einen Verwendungshinweis 110 umfasst, wobei der Verwendungshinweis 110 wenigstens eine Anweisung enthält, das Fräswerkzeug 10 mit dem bestimmten Vorschub pro Umdrehung, für den der Rückversatz der Schneiden 30 berechnet ist, zu verwenden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Fräswerkzeug (10), mit einer Mehrzahl von Schneiden (30), die in Umfangsrichtung des Fräswerkzeugs (10) versetzt an dem Fräswerkzeug (10) angeordnet sind, wobei die Schneiden (30) in Umfangsrichtung eine ungleiche Winkelteilung aufweisen, und wobei zumindest zwei Schneiden (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) verschiedene Flugkreise zugeordnet sind.
2. Fräswerkzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Paar einander unmittelbar benachbarter Schneiden (30) ein Teilungswinkel (a;) zugeordnet ist, wobei alle Teilungswinkel (a,) voneinander verschieden sind.
3. Fräswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schneide (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) ein Flugkreis zugeordnet ist, wobei alle Flugkreise voneinander verschieden sind.
4. Fräswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugkreise der Schneiden (30) so gewählt sind, dass ein Vorschub pro Schneide des Fräswerkzeugs (10) - zumindest für einen bestimmten Vorschub pro Umdrehung des Fräs Werkzeugs (10) - für jede Schneide (30) im Wesentlichen gleich groß ist.
5. Fräswerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schneide (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) auf einem ersten Flugkreis angeordnet ist, wobei eine Mehrzahl zweiter Schneiden (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) relativ zu dem ersten Flugkreis radial zurückgesetzt sind, wobei ein jeweiliger Rückversatz für jede zweite Schneide (30) vorzugsweise abhängig von dem jeweiligen Teilungswinkel (a,) zu der jeweils vorlaufenden Schneide (30) gewählt ist.
6. Verfahren zum Auslegen eines Fräswerkzeugs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein erster Flugkreis für eine erste Schneide (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) festgelegt wird, und wobei - eine Mehrzahl zweiter Schneiden (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) relativ zu dem ersten Flugkreis radial zurückgesetzt werden, wobei ein jeweiliger Rückversatz für jede zweite Schneide (30) bevorzugt abhängig von einem jeweiligen Teilungs winkel (a,) zu der jeweils vorlaufenden Schneide (30) gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein bestimmter Vorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug (10) festgelegt wird, wobei b) für jede Schneide (30) der Mehrzahl von Schneiden (30) ein Vorschub pro Schneide berechnet wird, wobei c) ein mittlerer Vorschub pro Schneide für eine gedachte Gleichverteilung der Schneiden (30) entlang des Umfangs des Fräswerkzeugs (10) ermittelt wird, wobei d) diejenige Schneide (30), welcher der größte Vorschub pro Schneide zugeordnet ist, ausgehend von dem ersten Flugkreis um die Differenz zwischen dem größten Vorschub pro Schneide und dem mittleren Vorschub pro Schneide radial zurückgesetzt wird, wobei e) für die der in dem vorhergehenden Schritt zurückgesetzten, vorhergehenden Schneide (30) nachfolgende Schneide (30) ein um den Rückversatz der vorhergehenden Schneide (30) ergänzter Vorschub pro Schneide berechnet wird, wobei die nachfolgende Schneide um den Betrag der Differenz zwischen dem mittleren Vorschub pro Schneide und dem ergänzten Vorschub pro Schneide zurückgesetzt wird, wobei f) der Schritt e) für die jeweils nachfolgende Schneide entlang des Umfangs des Fräswerkzeugs (10) solange wiederholt wird, bis ein korrigierter Vorschub pro Schneide, der sich als Differenz des in Schritt b) berechneten Vorschubs pro Schneide und einer Summe der für die jeweilige Schneide (30) durchgeführten Rückversätze ergibt, für jede Schneide (30) im Wesentlichen gleich dem mittleren Vorschub pro Schneide ist.
8. Kit (90), mit einem Fräswerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einem
Verwendungshinweis (110), wobei der Verwendungshinweis (110) wenigstens eine Anweisung umfasst, das Fräswerkzeug (10) mit einem bestimmten Vorschub pro Umdrehung anzuwenden.
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