WO2022218625A1 - Fräswerkzeug mit mindestens zwei radien - Google Patents

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WO2022218625A1
WO2022218625A1 PCT/EP2022/056439 EP2022056439W WO2022218625A1 WO 2022218625 A1 WO2022218625 A1 WO 2022218625A1 EP 2022056439 W EP2022056439 W EP 2022056439W WO 2022218625 A1 WO2022218625 A1 WO 2022218625A1
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WO
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cutting edge
rotation
radius
milling tool
axis
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PCT/EP2022/056439
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Netzer
Original Assignee
Hptec Gmbh
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Publication date
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Priority to CA3216845A priority patent/CA3216845A1/en
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    • 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
    • B23C5/1009—Ball nose end mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/54—Configuration of the cutting part
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2210/00—Details of milling cutters
    • B23C2210/56—Supporting or guiding sections located on the periphery of the tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2220/00—Details of milling processes
    • B23C2220/52—Orbital drilling, i.e. use of a milling cutter moved in a spiral path to produce a hole
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2265/00—Details of general geometric configurations
    • B23C2265/08—Conical

Definitions

  • the invention relates to a milling tool for milling workpieces according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to propose a milling tool that constitutes an alternative to the prior art and at the same time can be used in general for a wide variety of technical applications.
  • the milling tool according to the invention for milling workpieces comprises first of all a base body and, on its head side, a milling head which has a radius cutting edge which describes a section in the shape of a circular arc.
  • the milling tool which can be rotated about an axis of rotation, has a prescribed direction of rotation for machining, in this case for the milling process, in which the cutting edges move towards the material of the workpiece during rotation.
  • the base body has a main feature, which is designed as a helical depression in relation to the rotational volume occupied by the rotating milling tool.
  • This main line is in turn provided with a cutting edge as the main cutting edge.
  • the material of the workpiece removed during the machining can optionally also be transported away via the helical indentation (as in the case of a conveyor helix).
  • the main feature has a smooth lateral surface arranged on the side facing away from the main cutting edge in the direction of rotation.
  • Plastics eg PMMA Light metals, such as aluminum, but also copper or brass
  • the milling head is now characterized according to the invention in that the radius cutting edge has at least two areas with mutually different radii. This means that a volume is occupied during this rotation, which (in some areas) corresponds to at least two hemispherical rotation volumes that overlap. This enables a particularly flexible use of the milling cutter. For example, it is easier to implement smaller or larger contact surfaces between the front of the tool and the workpiece, depending on the application.
  • a particularly preferred development of the invention is characterized in that the cutting effect is improved by an additional main cutting edge in the center of the tool.
  • the second main cutting edge can be straight.
  • the second main cutting edge can also run perpendicular to the axis of rotation. However, in a preferred embodiment, it can also run skew to the axis of rotation in a plane running perpendicularly to the axis of rotation. Due to the skewed offset of the second main cutting edge to the axis of rotation, the rotation occurs with an offset to the center of rotation, and the torque is slightly increased. The feed can thus be improved.
  • the second main cutting edge can run so wide that the second main cutting edge intersects or exceeds an axis that starts from the axis of rotation and runs perpendicular to the axis of rotation, which in turn runs perpendicular to the second main cutting edge.
  • one Cone formation in the area of the center can thus be prevented because a larger area is covered when cutting.
  • the second main cutting edge can advantageously form the tool tip in the feed direction.
  • the tool of the invention differs significantly from conventional ball nose or copy milling cutters, it is rather a cutting tool with (at least) two radii.
  • the intermediate area between the two angular segments of the radius cutting edge can also have a smooth transition between the two radii, which generally produces a smoother machined surface in the workpiece and generally lower tool resistance during machining.
  • the radius cutting edge merges into the main cutting edge.
  • the transition between the radius cutting edge and the main cutting edge can, but does not necessarily have to, be smooth.
  • the resistance during processing is reduced by the smooth progression, the processed surfaces can be smoother.
  • the second main cutting edge can also transition into the radius cutting edge, in particular with a smooth transition, but also, for example, slightly angled.
  • a milling tool with a lateral surface that runs parallel to the axis of rotation or a milling tool which the lateral surface is inclined to the axis of rotation.
  • the lateral surface can advantageously be cylindrical, as a result of which the machining resistance can be reduced.
  • the base body can therefore carry out flat machining parallel to the axis of rotation.
  • the cross section or the cross-sectional area does not change in this embodiment.
  • this can in particular be provided conically with a cross-sectional area which decreases towards the milling head (or increases towards the shank). In this embodiment, the cross-sectional area thus becomes larger towards the side on which the tool is clamped in a tool holder of a machine tool.
  • the milling tool can be given greater stability.
  • a structural measure can be particularly advantageous if the milling head, i.e. the "tip" of the tool, is mainly used in the machining method intended for the milling tool, i.e. the milling head alone is in contact with the workpiece, even with harder materials of the workpiece smooth running of the well-stabilized milling tool and thus uniform, precise machining of the workpiece is made possible.
  • the main cutting edge, apart from the additional, second main cutting edge, can also lie partially or completely on the lateral surface of a cylinder.
  • the surface of the rotation volume of the milling tool can be inclined to the axis of rotation.
  • the main cutting edge is regularly raised from the actual lateral surface, ie when the main cutting edge is radially spaced further away from the axis of rotation than the lateral surface and its outer contour thus determines the envelope, ie the rotation volume, during the rotation of the milling tool. Angles between 0° and a maximum of 20° can preferably be provided here as well.
  • a free space can be provided behind the radius cutting edge in the direction of rotation. This free surface can facilitate the material removal of the removed material from the workpiece and also reduce the resistance when the cutting edge penetrates the material. In principle, however, exactly one free area is sufficient. Additional clearances can also be provided in the direction of rotation to improve material transport. In particular, if the open area is still curved, the removal of material can be facilitated by guiding it along the curved surface.
  • a curved open space can replace a series of open spaces arranged one behind the other. In addition, it usually offers less mechanical resistance when machining or when transporting chips. If the surface is level, there may be more space available for removal. In the case of clearances, more space is always provided for material transport if their surfaces run closer to the axis of rotation, i.e. more material was removed from the tool when producing the clearances.
  • the clearances can run flat or with a curved surface; the curvature can in particular take place away from the surface. While a curved surface allows for a transition that is as even as possible, a flat surface of the free grinding can create as much space as possible for the material removal.
  • a flank or its contour lines can in principle run parallel to the radius cutting edge and/or to the main cutting edge.
  • the radius cutting edge can merge smoothly into the main cutting edge.
  • a smooth transition a continuous transition between machining by the milling head and further machining by the base body can also be achieved when the tool penetrates deep into the workpiece.
  • the milling head can also be separated from the base body by an undercut.
  • the milling head even if the milling tool penetrates beyond the milling head with the base body into the material, the part of the base body adjoining the milling head will initially not contribute to the machining.
  • Such an embodiment can be useful if, for example, the milling head is mainly used for processing. As a result, the processing resistance can also be kept low.
  • the base body can also be set off from the shank and/or the main cutting edge from the base body by means of an undercut.
  • a cylindrical section can adjoin the section of the base body which is cut conically in this way.
  • the main train can end in front of the cylindrical section or merge into the cylindrical section. Basically, if the main draw ends in front of this cylindrical section, it can merge into the tool holding section, the area of the shank.
  • the type of shaping depends in particular on the desired processing. If a part of the main train is also integrated into the cylindrical section, this part can also be used for machining. Overall, the tool can be kept slimmer in the cylindrical section.
  • Various further developments of the invention are conceivable with regard to the radius cutting edge.
  • the radius cutting edge can form the highest point in the feed direction, that is to say it can appear like a tip of the milling tool. Due to the fact that the radius cutting edge also forms the outer contour of the rotational volume from one side of the axis of rotation to the other in the area of the milling head, a spherical area can be cut out of the workpiece with even greater precision.
  • an additional main cutting edge is arranged in the center perpendicularly to the axis of rotation anyway, which enables a planar removal of material, good penetration into the workpiece material and thus an improved cutting effect. This can form the highest point in the feed direction.
  • a further variant relates to the arrangement of the radius cutting edge in a plan view of the milling head along the axis of rotation. If the radius cutting edge is offset relative to a plane containing the axis of rotation, it can also exert a greater force or torque on the material to be machined in areas close to the axis of rotation.
  • the middle section of the cutting edge around the axis of rotation in the area of the tip of the tool ensures that no elevation remains in the middle or in the center (pivot) of the machined workpiece.
  • the radius cutting edge can preferably be laterally offset counter to the feed direction with respect to an axis of symmetry of the surface of revolution occupied by the rotating milling tool.
  • the tenon can also already be eliminated by the second main cutting edge.
  • the milling tool is made of solid carbide, for example manufactured.
  • the milling tool may have a coating, such as a carbon coating such as diamond. This can improve chip formation and increase the stability of the tool.
  • Fig. 1 a side view of a milling tool according to
  • Fig. 2 a plan view along the axis of rotation on the
  • Figure 1 shows a milling tool 1 with a milling head 2, a base body 3 and a cylindrical section as a shank 4.
  • a radius cutting edge 5 which merges into a main cutting edge 6 of the main train in the area of the base body 3 .
  • Both the radius cutting edge 5 and the main cutting edge 6 are each accompanied by exactly one flank 7 which runs parallel to the respective cutting edges 5, 6.
  • the radius cutting edge 5 can be divided into two areas 5.1, 5.2, which have different radii of curvature from one another.
  • the radius in area 5.1 is smaller than that in area 5.2.
  • the transition between the two areas is continuous and flowing, without a break.
  • the tool 1 is additionally characterized in that a further main cutting edge 8 is provided, the plane running perpendicularly to the axis of rotation runs skewed to the axis of rotation A and for an additional, flat material removal and better feed with slightly increased torque in feed direction V.
  • the second main cutting edge 8 was chosen so wide that it intersects or exceeds the radius of an axis M running perpendicular to the axis of rotation and running perpendicular to the second main cutting edge 8 (cf. also FIG. 2). A cone formation in the area of the center can thus be prevented because a larger area is covered when cutting.
  • the additional second main cutting edge 8 forms the tool tip in the feed direction.
  • the second main cutting edge 8 merges into the radius cutting edge 5 .
  • the milling tool 1 thus has less friction in the region adjacent to the radius cutting edge 5 when it comes into contact with a workpiece in the region of the milling head 2 .
  • the outer surface 12 In the direction of rotation R behind the radius blade 5 and the flank 7 is the outer surface 12, which is smooth.
  • the lateral surface 12 is set back behind the cutting edges 5, 6 in terms of its distance from the axis of rotation A, i.e. it is closer to the axis of rotation A than the cutting edges 5, 6.
  • the rotational volume 13 is therefore defined in terms of its outer limits or its surface by the course of the cutting edges 5, 6 determined.
  • an area can therefore be removed from the workpiece to be machined, which is also composed of two different, overlapping hemispheres; however, the transition between them is fluid.
  • the outer edge 14 of the lateral surface 12 runs inclined to the axis of rotation A, the cross-sectional area of the milling tool 1 , as can also be seen from the body of the rotary volume 13 , increasing towards the shank 4 .
  • the shaft 4 is also offset from the rest of the base body 3 by a conically extending base 4a.
  • the main line or the main cutting edge 6 does not run through the entire base body 3, but ends at point B.
  • the remaining area of the base body 3, which lies below the point B towards the shaft 4, is designed to be smooth.
  • the main line or the main cutting edge 6 ends in Figure 1 above point B towards the milling head 2 or in the part of the base body 3 facing away from the shank 4.
  • the main train has a recess 15 below the cutting edge 6, which is used to remove removed chips or removed material from the workpiece to be machined.
  • FIG. 2 shows the same milling tool 1 in a top view looking along the axis of rotation A, specifically against the feed direction V.
  • the radius cutting edge 5 first strikes the workpiece.
  • the flank 7 then follows, and then the three clearances 9, 10, 11.
  • Two axes M, N which each intersect the axis of rotation A, run perpendicular to the axis of rotation A.
  • the axes M and N are in turn perpendicular to each other.
  • the axes M, N each form axes of symmetry.
  • the radius cutting edge 5 is offset laterally (to the left in Figure 2) to the central axis M, so that a greater force or torque can be exerted on the workpiece, since the offset to the Central axis M or to the axis of rotation A, a larger lever can act.
  • the highest point H in the feed direction V is reached by the circular arc-shaped radius cutting edge at the point of intersection with the central axis N; then the radius cutting edge 5 runs counter to the feed direction V towards the clearance 11 . Due to this arrangement, the central axis M is only cut by the radius cutting edge 5 at point K in the further course towards the transition into the main cutting edge 6 .
  • the course of the main cutting edge 6 is slightly separated from the base body 3 by an undercut in the end area of the main line discontinued. In this way, the actual cutting area is even more distinct or spatially separated from the remaining area of the milling tool 1 .
  • the radius cutting edge is composed of at least two arcuate sections with at least a first and a second radius, with the first radius being different from the second radius, so that the milling head starts to rotate Volume occupies, which is formed from at least two portions of spheres, each with the first or second radius.

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Fräswerkzeug (1) zum Fräsen und/oder Bohren von Werkstücken als Alternative für verschiedenste technische Anwendungen, umfassend einen Fräskopf (2), der eine Radiusschneide (5) aufweist, einen Grundkörper (3), der einen Hauptzug als eine gewendelte Vertiefung zur Ausbildung einer Förderwendel aufweist, wobei der Hauptzug mit einer Schneidkante als Hauptschneide (6) versehen ist, wobei der Hauptzug eine auf der in Drehrichtung (R) der Hauptschneide (6) abgewandten Seite angeordnete glatte Mantelfläche (12) aufweist und wobei die Radiusschneide (5) sich aus wenigstens zwei kreisbogenförmigen Abschnitten (5.1, 5.2) mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Radius zusammensetzt, wobei der erste Radius unterschiedlich zum zweiten Radius ist, sodass der Fräskopf (2) in Rotation ein Volumen einnimmt, welches aus wenigstens zwei Teilbereichen von Kugeln mit jeweils dem ersten oder zweiten Radius gebildet ist.

Description

Fräswerkzeug mit mindestens zwei Radien
Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Fräsen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Fräswerkzeuge bekannt, welche auch eine Bearbeitung spezieller Materialien erlauben, zum Beispiel die Bearbeitung von Kunststoff bzw. zur Verwendung im Zusammenhang mit der Herstellung von Dentalwerkkörpern oder dergleichen. Um einen ausreichend großen Materialquerschnitt zur Verfügung zu stellen, ist bei einigen dieser Werkzeuge die Mantelfläche des Grundkörpers im Bereich des Hauptzugs bzw. in dem Bereich, der sich in Drehrichtung sich hinter der Hauptschneide befindet, geriffelt ausgebildet. Hierdurch soll der Grundkörper zusätzlich ein hohes Maß an Stabilität erhalten. Aus der DE 202017 101 382 Ul ist unterdessen auch ein Fräswerkzeug mit glattem Rücken anstelle eines mit einer Riffelung versehenen Rückens bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fräswerkzeug vorzuschlagen, das eine Alternative zum Stand der Technik bildet und gleichzeitig allgemein für verschiedenste technische Anwendungen verwendet werden kann.
Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Fräswerkzeug der eingangs genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildung der Erfindung möglich .
Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug zum Fräsen von Werkstücken umfasst zunächst einen Grundkörper sowie an seiner Kopfseite einen Fräskopf, der eine Radiusschneide aufweist, die einen kreisbogenförmigen Abschnitt beschreibt. Das Fräswerkzeug, welches um eine Drehachse drehbar ist, besitzt für die spanabhebende Bearbeitung, hier also für den Fräsvorgang, eine vorgeschriebene Drehrichtung, in der sich die Schneiden bei der Rotation auf das Material des Werkstücks zubewegen.
Der Grundkörper weist einen Hauptzug auf, der als gewendelte Vertiefung gegenüber dem durch das rotierende Fräswerkzeug eingenommen Rotationsvolumen ausgebildet ist. Dieser Hauptzug ist wiederum mit einer Schneidkante als Hauptschneide versehen. Über die gewendelte Vertiefung kann das bei der spanabhebenden Bearbeitung abgenommene Material des Werkstücks gegebenenfalls auch (wie bei einer Förderwendel) abtransportiert werden.
Beim erfindungsgemäßen Fräswerkzeug besitzt der Hauptzug eine auf der in Drehrichtung der Hauptschneide abgewandten Seite angeordnete glatte Mantelfläche. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass ein derartiges Werkzeug gemäß der Erfindung nicht nur kostengünstig gefertigt werden kann, weil keine zusätzlichen Erhebungen und Vertiefungen in die Mantelfläche eingearbeitet werden müssen, sondern dieses Werkzeug auch über eine sehr gute Festigkeit und Stabilität verfügt. Die glatte Oberfläche bietet auch dann, wenn das Fräswerkzeug vergleichsweise weit in das Material des Werkstücks eingedrungen ist, einen sehr geringen Reibungswiderstand, insoweit der Grundkörper überhaupt mit dem Werkstück in Verbindung kommt. Aufgrund dieser Eigenschaften ist das erfindungsgemäße Fräswerkzeug grundsätzlich auch für verschiedenste technische Einsatzbereiche verwendbar, unter anderem etwa für die Bearbeitung von:
Kunststoffen, z.B. von PMMA Leichtmetallen, etwa von Aluminium, aber auch von Kupfer oder Messing
Mineralien wie Zirkon (vor allem hydrostatisch gepresstem statt gesintertem Material) sowie Keramiken (vor allem nicht gebrannten)
Werkstoffen in der Dental- und sonstiger Medizintechnik.
Befindet sich das Fräswerkzeug also in Rotation um seine Drehachse, so zeichnet sich der Fräskopf erfindungsgemäß nun dadurch aus, dass die Radiusschneide wenigstens zwei Bereiche mit zueinander unterschiedlichen Radien aufweist. D.h. bei dieser Rotation wird ein Volumen eingenommen, das (bereichsweise) mindestens zwei halbkugelförmigen Rotationsvolumina entspricht, die sich überlagern. Dadurch wird ein besonders flexibler Einsatz des Fräsers ermöglicht. Zum Beispiel können einfacher kleinere oder größere Kontaktflächen zwischen Werkzeugstirnseite und Werkstück, je nach Anwendungsfall, realisiert werden.
Ferner zeichnet sich eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, dass die Schneidwirkung durch eine zusätzliche Hauptschneide im Zentrum des Werkzeuges verbessert wird. Die zweite Hauptschneide kann gerade verlaufen. Die zweite Hauptschneide kann außerdem senkrecht zur Drehachse verlaufen. Sie kann aber auch stattdessen bei einer bevorzugten Ausführungsform in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene windschief zur Drehachse verlaufen. Durch den windschiefen Versatz der zweiten Hauptschneide zur Drehachse erfolgt die Drehung mit einem Offset zum Drehmittelpunkt, und es wird das Drehmoment leicht erhöht. Der Vorschub kann somit verbessert werden. Zudem kann die zweite Hauptschneide so breit verlaufen, dass die zweite Hautschneide eine von der Drehachse ausgehend senkrecht zur Drehachse verlaufende Achse, die wiederum senkrecht zur zweiten Hauptschneide verläuft, schneidet bzw. überschreitet. Einer Zapfenbildung im Bereich des Zentrums kann somit vorgebeugt werden, weil beim Schneiden mit ein größerer Bereich überdeckt wird. Darüber hinaus kann die zweite Hauptschneide in vorteilhafter Weise in Vorschubrichtung die Werkzeugspitze bilden.
Somit unterscheidet sich das Werkzeug gern, der Erfindung deutlich von herkömmlichen Kugelkopf- bzw. Kopierfräsern, es handelt sich vielmehr um ein einschneidendes Werkzeug mit (wenigstens) zwei Radien.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Zwischenbereich zwischen den beiden Winkelsegmenten der Radiusschneide auch einen fließenden Übergang zwischen den beiden Radien aufweisen, wodurch generell eine glattere bearbeitete Fläche im Werkstück erzeugt wird und der Werkzeugwiderstand bei der Bearbeitung in der Regel geringer ist .
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung geht die Radiusschneide in die Hauptschneide über. Auf diese Art und Weise setzt die spanabhebende Bearbeitung auch bei tiefem Eindringen des Werkzeugs in das Material stetig bei der Rotation zur gleichen Zeit am gleichen Ort an, sodass eine kontinuierlichere Bearbeitung ohne Verkanten der Schneide erreicht wird und auch der Material-Abtransport über die gewendelte Vertiefung erleichtert werden kann. Der Übergang zwischen Radiusschneide und Hauptschneide kann, muss aber nicht unbedingt einen glatten Verlauf aufweisen. In der Regel wird durch den glatten Verlauf der Widerstand beim Bearbeiten verringert, die bearbeiteten Flächen können glatter verlaufen. Analog kann bei einer Ausführungsform der Erfindung auch die zweite Hauptschneide in die Radiusschneide übergehen, insbesondere mit fließendem Übergang, allerdings auch z.B. leicht gewinkelt.
Des Weiteren sind grundsätzlich zwei Ausführungsvarianten denkbar, nämlich ein Fräswerkzeug mit einer Mantelfläche, die parallel zur Drehachse verläuft, oder ein Fräswerkzeug, bei dem die Mantelfläche zur Drehachse geneigt ist. Mantelfläche kann vorteilhafterweise zylindrisch verlaufen, wodurch der Bearbeitungswiderstand reduziert werden kann.
Verläuft die Mantelfläche parallel zur Drehachse, kann durch diese Maßnahme ein Werkzeug bereitgestellt werden, das in Rotation bzw. dessen Rotationsvolumen eine möglichst zylindrische Form besitzt. Der Grundkörper kann also bei seitlichem Anfahren des Werkstücks eine ebene Bearbeitung parallel zur Drehachse ausführen. Muss das Fräswerkzeug tief in ein Material eindringen, so ändert sich bei dieser Ausführungsform der Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche nicht. Bei einer zur Drehachse geneigten Mantelfläche kann diese insbesondere konisch mit zum Fräskopf hin abnehmender (bzw. zum Schaft hin zunehmender) Querschnittsfläche versehen sein. Die Querschnittsfläche wird bei dieser Ausführungsform also zu der Seite hin größer, auf der das Werkzeug in einen Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine eingespannt ist. Auf diese Weise kann das Fräswerkzeug eine höhere Stabilität erhalten. Eine solche strukturelle Maßnahme kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn bei der für das Fräswerkzeug vorgesehenen Bearbeitungsweise hauptsächlich der Fräskopf, also die „Spitze" des Werkzeugs zum Einsatz kommt, d.h. der Fräskopf allein mit dem Werkstück in Kontakt steht, wobei auch bei härteren Materialien des Werkstücks ein ruhiger Lauf des gut stabilisierten Fräswerkzeugs und somit eine gleichmäßige, präzise Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht wird. Vorzugsweise schließt die Mantelfläche mit der Drehachse dabei einen Winkel zwischen 0° und maximal einschließlich 20° ein.
Auch kann bei einer Ausführungsform der Erfindung die Hauptschneide, abgesehen von der zusätzlichen, zweiten Hauptschneide, abschnittsweise oder vollständig auf der Mantelfläche eines Zylinders liegen.
Ferner kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Oberfläche des Rotationsvolumens des Fräswerkzeugs zur Drehachse geneigt sein. Dies ist grundsätzlich auch der Fall, wenn die Mantelfläche des Grundkörpers bereits zur Drehachse geneigt ist. Die Hauptschneide ist regelmäßig von der eigentlichen Mantelfläche abgehoben, d.h. wenn die Hauptschneide radial weiter von der Drehachse weg beabstandet ist als die Mantelfläche und ihre Außenkontur somit bei der Rotation des Fräswerkzeugs die Einhüllende, also das Rotationsvolumen bestimmt. Auch hier können vorzugsweise Winkel zwischen 0° und maximal 20° vorgesehen sein. Durch das Absetzen der Hauptschneide kann aber auch der Reibungswiderstand bei tiefem Eindringen in das Material grundsätzlich verringert werden.
In Drehrichtung hinter der Radiusschneide kann eine Freifläche vorgesehen sein. Diese Freifläche kann den Materialabtransport des abgenomenen Materials aus dem Werkstück erleichtern und zudem den Widerstand beim Eindringen der Schneide in das Material verringern. Es genügt grundsätzlich jedoch genau eine Freifläche. In Drehrichtung können zur Verbesserung des Materialtransports auch weitere Freischliffe vorgesehen sein. Ist die Freifläche insbesondere noch gewölbt, kann durch die Führung entlang der gewölbten Oberfläche der Materialabtransport erleichtert werden. Eine gewölbte Freifläche kann eine Serie hintereinander angeordneter Freiflächen ersetzen. Zudem bietet sie in der Regel einen geringeren mechanischen Widerstand beim Bearbeiten bzw. beim Transport von Spänen. Bei einer ebenen Fläche steht gegebenenfalls mehr Raum zum Abtransport zur Verfügung. Auch bei Freischliffen wird grundsätzlich mehr Raum zum Materialtransport bereitgestellt, wenn deren Flächen näher zur Drehachse verlaufen, also bei der Herstellung der Freischliffe mehr Material vom Werkzeug abgenommen wurde.
Die Freischliffe können bei unterschiedlichen Ausführungsvarianten der Erfindung eben bzw. mit gewölbter Oberfläche verlaufen; die Wölbung kann insbesondere von der Oberfläche weg erfolgen. Während gewölbte Oberfläche einen möglichst gleichmäßigen Übergang ermöglicht, kann durch eine ebene Fläche des Freischliffs möglichst viel Platz für den Materialabtransport geschaffen werden. Eine Freifläche bzw. deren Konturlinien können grundsätzlich parallel zur Radiusschneide und/oder zur Hauptschneide verlaufen .
Einer Weiterbildung der Erfindung kann die Radiusschneide in einem glatten Verlauf in die Hauptschneide übergehen. Bei einem glatten Übergang kann also auch dann, wenn das Werkzeug tief in das Werkstück eindringt ein kontinuierlicher Übergang zwischen einer Bearbeitung durch den Fräskopf und einer weiteren Bearbeitung durch den Grundkörper erreicht werden.
Im Übrigen kann der Fräskopf vom Grundkörper aber auch durch einen Freistich abgesetzt sein. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auch dann, wenn das Fräswerkzeug über den Fräskopf hinaus mit dem Grundkörper in das Material eindringt, der an den Fräskopf angrenzende Teil des Grundkörpers zunächst nicht zur Bearbeitung beitragen.
Eine solche Ausführung kann sich dann anbieten, wenn zum Beispiel hauptsächlich der Fräskopf zur Bearbeitung eingesetzt wird. Hierdurch kann auch der Bearbeitungswiderstand gering gehalten werden. Außerdem kann/können auch der Grundkörper vom Schaft und/oder die Hauptschneide vom Grundkörper durch einen Freistich abgesetzt sein.
Auch dann, wenn die Mantelfläche gegenüber der Drehachse geneigt ist, kann sich bei einer Weiterbildung der Erfindung an den Abschnitt des Grundkörpers, der in dieser Weise konisch zugeschnitten ist, ein zylindrischer Abschnitt anschließen. Insbesondere kann der Hauptzug vor dem zylindrischen Abschnitt enden oder in den zylindrischen Abschnitt übergehen. Wenn der Hauptzug vor diesem zylindrischen Abschnitt endet, kann er grundsätzlich in den Abschnitt zur Werkzeughalterung, den Bereich des Schaftes, übergehen. Die Art der Formgebung hängt insbesondere von der gewünschten Bearbeitung ab. Ist in den zylindrischen Abschnitt noch ein Teil des Hauptzugs integriert, so kann auch dieser Teil zur spanabhebenden Bearbeitung genutzt werden. Insgesamt kann das Werkzeug in dem zylindrischen Abschnitt schlanker gehalten werden. Bezüglich der Radiusschneide sind verschiedene Weiterbildungen der Erfindung denkbar. Zum einen kann bei einer Variante der Erfindung die Radiusschneide in Vorschubrichtung den höchsten Punkt ausbilden, also gewissermaßen wie eine Spitze des Fräswerkzeugs erscheinen. Dadurch, dass die Radiusschneide insgesamt auch im Bereich des Fräskopfes von einer Seite der Drehachse zur anderen die Außenkontur des Rotationsvolumens bildet, kann umso präziser ein kugelförmiger Bereich aus dem Werkstück ausgeschnitten werden. Erfindungsgemäß ist im Zentrum ohnehin eine zusätzliche Hauptschneide senkrecht zur Drehachse angeordnet, die einen flächigen Materialabtrag, ein gutes Eindringen in das Werkstückmaterial und somit eine verbesserte Schneidwirkung ermöglicht. Diese kann den höchsten Punkt in Vorschubrichtung ausbilden.
Eine weitere Ausführungsvariante betrifft die Anordnung der Radiusschneide in Draufsicht auf den Fräskopf entlang der Drehachse. Ist nämlich die Radiusschneide gegenüber einer Ebene, welche die Drehachse beinhaltet, versetzt angeordnet, so kann diese auch in Bereichen nahe der Drehachse eine größere Kraft bzw. ein größeres Drehmoment auf das zu bearbeitende Material ausüben. Der mittlere Abschnitt der Schneide um die Drehachse herum im Bereich der Spitze des Werkzeugs sorgt dafür, dass keine Erhebung in der Mitte bzw. im Zentrum (Zapfen) des bearbeiteten Werkstücks stehen bleibt. Vorzugsweise kann die Radiusschneide entgegen der Vorschubrichtung seitlich gegenüber einer Symmetrieachse der durch das rotierende Fräswerkzeug eingenommenen Rotationsfläche versetzt sein. Insbesondere kann sie in ihrem Verlauf zum Beispiel so angeordnet sein, dass sie wenigstens einmal zwei senkrecht zueinander verlaufende Symmetrieachsen der durch das rotierende Fräswerkzeug eingenommen Rotationsfläche schneidet. Auf diese Weise kann eine effektivere Bearbeitung erfolgen. Der Zapfen kann aber auch bereits durch die zweite Hauptschneide beseitigt werden.
Es wurde bereits dargelegt, dass sich Ausführungsbeispiele der Erfindung für verschiedene Anwendungsbereiche eignen. In der Regel ist das Fräswerkzeug zum Beispiel aus Vollhartmetall gefertigt. In vorteilhafter Weise kann das Fräswerkzeug bei einem Ausführungsbeispiel eine Beschichtung aufweisen, z.B. eine Kohlenstoffbeschichtung wie zum Beispiel mit Diamant. Hierdurch kann die Spanbildung verbessert und die Stabilität des Werkzeugs erhöht werden.
Ausführungsbeispiel :
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert. Im Einzelnen zeigen :
Fig. 1: eine Seitenansicht eines Fräswerkzeugs gemäß der
Erfindung, sowie
Fig. 2: eine Draufsicht entlang der Drehachse auf den
Fräskopf des Fräswerkzeugs aus Fig. 1 entgegen der Vorschubrichtung.
Figur 1 zeigt ein Fräswerkzeug 1 mit einem Fräskopf 2, einem Grundkörper 3 und einem zylindrischen Abschnitt als Schaft 4.
Am Fräskopf 2 befindet sich eine Radiusschneide 5, die im Bereich des Grundkörpers 3 in eine Hauptschneide 6 des Hauptzugs übergeht. Sowohl die Radiusschneide 5 als auch die Hauptschneide 6 wird begleitet von jeweils genau einer Freifläche 7, die parallel zu den jeweiligen Schneiden 5, 6 verlaufen .
Die Radiusschneide 5 lässt sich in zwei Bereiche 5.1, 5.2 unterteilen, die zueinander unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen. Der Radius im Bereich 5.1 ist kleiner als der im Bereich 5.2. Der Übergang zwischen den beiden Bereichen erfolgt kontinuierlich und fließend, ohne Absatz.
Das Werkzeug 1 zeichnet sich zusätzlich auch dadurch aus, dass eine weitere Hauptschneide 8 vorgesehen ist, die senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene windschief zur Drehachse A verläuft und für einen zusätzlichen, flächigen Materialabtrag und besseren Vorschub mit leicht erhöhtem Drehmoment in Vorschubrichtung V sorgt. Zudem wurde die zweite Hauptschneide 8 so breit gewählt, dass sie eine von der Drehachse aus senkrecht verlaufende Achse M, die senkrecht zur zweiten Hauptschneide 8 verläuft, den Radius schneidet bzw. überschreitet (vgl. hierzu auch Figur 2). Einer Zapfenbildung im Bereich des Zentrums kann somit vorgebeugt werden, weil beim Schneiden mit ein größerer Bereich überdeckt wird. Die zusätzliche zweite Hauptschneide 8 bildet in Vorschubrichtung die Werkzeugspitze. Die zweite Hauptschneide 8 geht in die Radiusschneide 5 über.
In Drehrichtung R hinter der Radiusschneide 5 sind zudem drei Freischliffe 9, 10 ,11 angeordnet, deren Oberflächen zum Teil eben oder von der Drehachse A weg gekrümmt sind. Das Fräswerkzeug 1 weist somit beim Kontakt mit einem Werkstück im Bereich des Fräskopfes 2 eine geringere Reibung im an die Radiusschneide 5 angrenzenden Bereich auf.
In Drehrichtung R hinter der Radiusschneide 5 und der Freifläche 7 befindet sich die Mantelfläche 12, die glatt ausgebildet ist. Die Mantelfläche 12 ist in ihrem Abstand zur Drehachse A hinter den Schneiden 5, 6 zurückgesetzt, liegt also näher an der Drehachse A als die Schneiden 5, 6. Das Rotationsvolumen 13 wird also hinsichtlich seiner äußeren Grenzen bzw. seiner Oberfläche durch den Verlauf der Schneiden 5, 6 bestimmt. Im Bereich des Fräskopfs 2 kann daher ein Bereich von dem zu bearbeitenden Werkstück abgenommen werden, der sich auch zwei unterschiedlichen, überlappenden Halbkugeln zusammensetzt; allerdings ist der Übergang zwischen ihnen fließend gestaltet. Die Außenkante 14 der Mantelfläche 12 verläuft geneigt zur Drehachse A, wobei sich die Querschnittsfläche des Fräswerkzeugs 1, wie auch an dem Körper des Rotationsvolumens 13 erkennbar ist, zum Schaft 4 hin vergrößert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schaft 4 zudem noch durch einen konisch verlaufenden Sockel 4a vom übrigen Grundkörper 3 abgesetzt.
Der Hauptzug bzw. die Hauptschneide 6 durchziehen aber nicht den gesamten Grundkörper 3, sondern enden am Punkt B. Der restliche Bereich des Grundkörpers 3, der unterhalb des Punktes B zum Schaft 4 hin liegt, ist glatt ausgebildet. Der Hauptzug bzw. die Hauptschneide 6 enden in Figur 1 oberhalb des Punktes B zum Fräskopf 2 hin bzw. im dem Schaft 4 abgewandten Teil des Grundkörpers 3.
Der Hauptzug besitzt eine Ausnehmung 15 unterhalb der Schneide 6, die zum Abtransport abgehobener Späne bzw. abgetragenen Materials aus dem zu bearbeitenden Werkstück dient.
Figur 2 zeigt das gleiche Fräswerkzeug 1 in Draufsicht mit Blickrichtung entlang der Drehachse A, und zwar entgegen der Vorschubrichtung V. Befindet sich das Fräswerkzeug 1 in Rotation, trifft zunächst die Radiusschneide 5 auf das Werkstück. Bei weiterer Drehung des Fräswerkzeugs 1 folgt anschließend die Freifläche 7, und dann die drei Freischliffe 9, 10, 11.
Senkrecht zur Drehachse A verlaufen zwei Achsen M, N, welche jeweils die Drehachse A schneiden. Die Achsen M und N verlaufen wiederum senkrecht zueinander. Hinsichtlich des Rotationsvolumens des Fräswerkzeugs 1 bilden die Achsen M, N jeweils Symmetrieachsen. Die Radiusschneide 5 ist in ihrem oberen (dem Schaft 4 abgewandten) Bereich, seitlich (in Figur 2 nach links) versetzt zur Mittenachse M angeordnet, sodass eine größere Kraftwirkung bzw. ein größeres Drehmoment auf das Werkstück ausgeübt werden kann, da durch den Versatz zur Mittenachse M bzw. zur Drehachse A ein größerer Hebel wirken kann. Den höchsten Punkt H in Vorschubrichtung V erreicht die kreisbogenförmig ausgebildete Radiusschneide am Schnittpunkt mit der Mittenachse N; anschließend verläuft die Radiusschneide 5 entgegen der Vorschubrichtung V zum Freischliff 11 hin. Die Mittenachse M wird aufgrund dieser Anordnung erst im weiteren Verlauf zum Übergang in die Hauptschneide 6 hin im Punkt K von der Radiusschneide 5 geschnitten .
Die Hauptschneide 6 ist in ihrem Verlauf durch einen Freistich im Endbereich des Hauptzugs leicht vom Grundkörper 3 abgesetzt. Auf diese Weise ist der eigentliche Schneidbereich noch stärker vom restlichen Bereich des Fräswerkzeugs 1 abgesetzt bzw. räumlich getrennt.
Allen Ausführungsbeispielen und Weiterbildungen der Erfindung als Alternative zum Stand der Technik ist gemeinsam, dass die Radiusschneide sich aus wenigstens zwei kreisbogenförmigen Abschnitten mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Radius zusammensetzt, wobei der erste Radius unterschiedlich zum zweiten Radius ist, sodass der Fräskopf in Rotation ein Volumen einnimmt, welches aus wenigstens zwei Teilbereichen von Kugeln mit jeweils dem ersten oder zweiten Radius gebildet ist.
Bezugszeichenliste :
1 Fräswerkzeug
2 Fräskopf
3 Grundkörper
4 Schaft
4a Sockel
5 Radiusschneide
6 erste Hauptschneide
7 einzelne Freifläche
8 zweite Hauptschneide
9 Freischliff
10 Freischliff 11 Freischliff 12 Mantelfläche
13 Rotations olumen
14 Außenkante
15 Ausnehmung
A Drehachse
B Endpunkt des Hauptzugs
K Schnittpunkt
M Symmetrieachse
N Symmetrieachse
R Drehrichtung
V Vorschubrichtung

Claims

Ansprüche:
1.Fräswerkzeug (1) zum Fräsen und/oder Bohren von Werkstücken, das um eine Drehachse (A) in einer Drehrichtung (R) bei der spanabhebenden Bearbeitung drehbar ist, umfassend: einen Fräskopf (2), der eine Radiusschneide (5) aufweist, einen Grundkörper (3), der einen Hauptzug als eine gewendelte Vertiefung gegenüber dem durch das rotierende Fräswerkzeug (1) eingenommenen Rotationsvolumen zur Ausbildung einer Förderwendel aufweist, wobei der Hauptzug mit einer Schneidkante als Hauptschneide (6) versehen ist,
- wobei der Hauptzug eine auf der in Drehrichtung (R) der Hauptschneide (6) abgewandten Seite angeordnete glatte Mantelfläche (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiusschneide (5) sich aus wenigstens zwei kreisbogenförmigen Abschnitten (5.1, 5.2) mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Radius zusammensetzt, wobei der erste Radius unterschiedlich zum zweiten Radius ist, sodass der Fräskopf (2) in Rotation ein Volumen einnimmt, welches aus wenigstens zwei Teilbereichen von Kugeln mit jeweils dem ersten oder zweiten Radius gebildet ist.
2. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, insbesondere alle Abschnitte der Radiusschneide (5) unmittelbar ineinander durch kontinuierliche Änderung der Radien übergehen.
3. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (5.1) der Radiusschneide (5) mit dem ersten Radius in Vorschubrichtung weiter vorne liegt als der Abschnitt (5.2) mit dem zweiten Radius, wobei der erste Radius kleiner ist als der zweite Radius.
4. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiusschneide (5) in die Hauptschneide (6) übergeht.
5. Fräswerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche parallel zur Drehachse und/oder dass die Hauptschneide wenigstens abschnittsweise, insbesondere vollständig auf der Mantelfläche eines Zylinders verläuft.
6. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum des Fräswerkzeugs (1) eine zweite Hauptschneide (8) angeordnet ist, welche:
• in einem Winkel von 90° zur Drehachse oder in einer senkrecht zur Drehachse (A) verlaufenden Ebene windschief verläuft, und/oder
• in Vorschubrichtung (V) sich an der Werkzeugspitze befindet und/oder
• so breit ausgebildet ist, dass sie eine von der Drehachse (A) aus senkrecht verlaufende Achse (M), die senkrecht zur zweiten Hauptschneide (8) verläuft, schneidet und/oder überschreitet, und/oder
• in die Radiusschneide (5), insbesondere mit glattem Verlauf, übergeht.
7. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (12) zur Drehachse (A) geneigt verläuft, insbesondere konisch mit zum Fräskopf (2) hin abnehmendem Querschnitt, wobei die Mantelfläche (12) mit der Drehachse (A) vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und maximal einschließlich 20° einschließt .
8.Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des durch das rotierende Fräswerkzeug (1) eingenommenen Rotationsvolumens zur Drehachse (A) geneigt ist, vorzugsweise parallel zur Mantelfläche (12) verläuft, insbesondere mit der Drehachse (A) vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und maximal einschließlich 20° einschließt.
9. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung (R) hinter der Hauptschneide (6) und/oder der Radiusschneide (5) genau eine Freifläche (7) angeordnet ist.
10. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freifläche (7) eine ebene und/oder eine von der Drehachse (A) weg gewölbte Oberfläche aufweist.
11. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiusschneide (5) in einem glatten Verlauf in die Hauptschneide (6) übergeht.
12. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf vom Grundkörper und/oder der Grundkörper vom Schaft und/oder die Hauptschneide (6) vom Grundkörper durch einen Freistich (16) abgesetzt ist.
13. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Abschnitt des Grundkörpers (3), der eine konisch verlaufende Mantelfläche (12) aufweist, ein zylindrischer Abschnitt (4) anschließt und der Hauptzug vor dem zylindrischen Abschnitt endet oder in den zylindrischen Abschnitt übergeht.
14. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (4) über einen konischen Sockel (4a) vom Grundkörper (3) getrennt ist .
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