DE102006037906B4

DE102006037906B4 - Fräswerkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102006037906B4
Application number: DE102006037906A
Authority: DE
Inventors: Manfred Becker; Frank Dolze
Original assignee: Datron AG
Current assignee: Datron Ag 64367 Muehltal De
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2026-08-12
Also published as: DE102006037906A1

Abstract

Einschneiden-Fräswerkzeug mit einem im Wesentlichen zylindrischen Körper (100), an dessen vorderem Ende die Schneide (110) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper (100) so geformt ist, dass der Massenschwerpunkt des Fräswerkzeugs in dessen Rotationsachse liegt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Einschneiden-Fräswerkzeug mit einem zylindrischen Körper, an dessen Ende die Schneide angeordnet ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Aus der US 5 433 655 ist ein Verfahren zum Auswuchten eines Fräswerkzeugs mit zwei Schneiden bekannt geworden, bei dem zur Beseitigung einer Unwucht der Schnittwinkel einer Schneide vergrößert wird. Durch dieses Verfahren kann die Unwucht nur in begrenztem Maße beseitigt werden. Darüber hinaus ist ein solches Verfahren nur bei einem Werkzeug mit wenigstens zwei Schneiden einsetzbar, welches von vornherein aufgrund seiner Schneidenanordnung nur kleine Unwuchten zeigt.
Aus der US 5 085 540 geht ein Fräswerkzeug hervor, welches Kerben im Umfang des Werkzeugschaftes aufweist, die der Kühlmittelzu- oder abfuhr dienen. Die Kerben sind dabei so angeordnet, dass eine ausgewogene Rotation des Werkzeugs möglich ist. Durch diese Kerben ist jedoch keine Auswuchtung des Werkzeugs realisierbar.
Einschneiden-Fräswerkzeuge werden bei computergesteuerten Bearbeitungssystemen wie beispielsweise bei den von der Anmelderin vertriebenen CNC-Bearbeitungssystemen, die zum Fräsen, Bohren und Gravieren verwendet werden, eingesetzt. Das Fräswerkzeug rotiert dabei mit 60.000 Umdrehungen pro Minute und teilweise noch größeren Drehzahlen.
Bei derart hohen Drehzahlen wirken sich selbst kleinste Unwuchten in erheblichem Maße aus. Dies äußert sich in einem erhöhten Geräuschpegel des Werkzeugs, in einem großen Lagerverschleiß der Werkzeugaufnahme und schließlich auch in einem Verschleiß des Werkzeugs selbst. Auch das Fräsergebnis, das heißt beispielsweise die Oberfläche eines mit einem solchen Fräswerkzeug bearbeiteten Werkstücks, kann Vibrationsspuren aufweisen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße ausgewuchtete Einschneiden-Fräswerkzeug und das Verfahren zu seiner Herstellung haben gegenüber einem ungewuchteten Einschneider den Vorteil, dass bereits von vornherein der die Schneide tragende zylindrische Körper eines solchen unsymmetrischen und damit hinsichtlich der Unwuchten ungünstigen Werkzeugs so ausgebildet wird, dass der Massenschwerpunkt in der Rotationsachse zu liegen kommt. Der zylindrische Körper wird damit unter Berücksichtigung der an ihm befestigten Schneide so ausgestaltet, dass die Unwucht praktisch auf Null reduziert wird.
Bevorzugt wird der zylindrische Körper dabei bereits in einem Urformverfahren so hergestellt, dass er die genannten Eigenschaften aufweist. Rein prinzipiell ist es aber auch möglich, nachträglich durch Materialwegnahme, beispielsweise durch Materialabtrag, den Körper so zu verändern, dass er die gewünschte, ausgewuchtete Gestalt aufweist.
Die Bestimmung der Körpergestalt erfolgt bevorzugt durch Finite-Elemente-Berechnungen. Alternativ kann die Form des zylindrischen Körpers auch durch Modelle ermittelt werden, die fortwährend so verändert werden, bis die gewünschte ausgewuchtete Gestalt des Fräswerkzeugs entsteht. Im Falle der Urformung des Körpers, beispielsweise durch Gießen, Sintern oder Schmieden, wird beispielsweise ein durch Berechnungen erstellter Prototyp hergestellt, der die gewünschte ausgewuchtete Ausbildung aufweist.
Zur Erzeugung einer ausgewuchteten Gestalt des zylindrischen Körpers mit daran befestigter Schneide können beispielsweise gekrümmte Flächen, gekrümmte und sich daran anschließende ebene Flächen, im Grunde Flächen beliebiger Gestalt an dem zylindrischen Körper vorgesehen sein, abhängig von der Gestalt und dem Gewicht der an ihm befestigten Schneide.
Bei einer sehr vorteilhaften, da einfach zu realisierenden Ausführungsform ist eine im Winkel zur Drehachse angeordnete Abschrägung vorgesehen, die auf der der Schneide abgewandten Seite angeordnet ist. Die Abschrägung kann dabei auch eine achsparallele Abflachung des Werkzeugs auf der der Schneide abgewandten Seite, also eine „Abschrägung” unter einem Winkel von 0° sein. Statt einer Abschrägung kann auch eine zylindrische Ausnehmung, ein Einstich oder dergleichen vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die Abschrägung eine ebene Fläche, die insbesondere auch nachträglich besonders einfach, beispielsweise durch Abschleifen herstellbar ist.
Dabei hat sich ein Winkel zur Drehachse als vorteilhaft erwiesen, der zwischen 0° und 8° liegt, die ebene Fläche also parallel zur Drehachse liegt oder im spitzen Winkel zur Drehachse derart angeordnet ist, dass sich das Fräswerkzeug zur Schneide hin verjüngt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen:
1a bis 1c: verschiedene Ansichten eines Fräswerkzeugs, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;
2: schematisch eine Draufsicht des in 1 dargestellten Fräswerkzeugs und
3: schematisch eine Draufsicht eines aus dem Stand der Technik bekannten unausgewuchteten Fräswerkzeugs.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Fräswerkzeug, dargestellt in 1 und 2, weist einen zylindrischen Körper 100 auf, an dessen unterem Ende eine Schneide 110 und ein Spankanal 120 angeordnet sind. Sowohl die Schneide 110 als auch der Spankanal 120 verlaufen spiralförmig.
Ein solches Fräswerkzeug kommt beispielsweise in von der Anmelderin vertriebenen CNC-Bearbeitungsmaschinen zum Einsatz. Das Fräswerkzeug dreht sich dabei mit einer sehr hohen Drehzahl von mehr als 60.000 Umdrehungen pro Minute. Bei diesen hohen Drehzahlen wirken sich selbst kleinste Unwuchten nachteilig aus. Neben einem erhöhten Geräuschpegel wird durch Unwuchten ein erhöhter Verschleiß von Lagern, welche die Bearbeitungsspindel drehbeweglich lagern, hervorgerufen. Außerdem verschleißt auch das Fräswerkzeug selbst sehr schnell und das Fräsergebnis, also beispielsweise die mit diesem Fräswerkzeug erzielbare Oberfläche, kann Vibrationsspuren aufweisen. Empirische Untersuchungen haben gezeigt, dass sich das Fräswerkzeug bei derartigen hohen Drehzahlen verformt. Aufgrund dieser Verformung und aufgrund der entstehenden Vibrationen wird der Verschleiß hervorgerufen.
Grundidee der Erfindung ist es nun, ein Fräswerkzeug herzustellen, dessen zylindrischer Körper unter Berücksichtigung der an ihm befestigten Schneide 110 so ausgeformt wird, dass bei einer Rotation keine Unwucht entsteht. Dies geschieht dadurch, dass der zylindrische Körper 100 so geformt wird, dass der Massenschwerpunkt in der Rotationsachse des Werkzeugs zu liegen kommt. Dies geschieht durch die nachfolgend beschriebenen Schritte. Zunächst wird beispielsweise mittels der sogenannten Finite-Elemente-Methode oder auf adäquate Weise der Schwerpunkt S des Fräswerkzeugs an jedem Punkt seiner Längsachse bestimmt. Liegt dieser außerhalb der mit M in 3 bezeichneten Drehachse, wird im Wesentlichen auf der der Schneide 110 abgewandten Seite der zylindrische Körper 100 so unsymmetrisch ausgebildet, dass der Schwerpunkt S und die Drehachse M zusammenfallen. Die unsymmetrische Ausbildung entsteht auf der der Schneide 110 abgewandten Seite des zylindrischen Körpers 100 beispielsweise dadurch, dass an dem zylindrischen Körper auf seiner im Wesentlichen der Schneide 110 abgewandten Seite eine Abschrägung, also eine im Winkel zur Drehachse schräg angeordnete Ebene 140 vorgesehen wird. Die Ebene 140 schließt dabei mit der Drehachse M einen Winkel von beispielsweise 5° ein, wie es in 1a dargestellt ist. Die Ebene 140 wird von vornherein so beim Herstellungsprozess des zylindrischen Körpers, beispielsweise durch Gießen, Sintern, Schmieden oder aufgrund von spanabhebender Bearbeitung so erzeugt. Sie kann aber auch im Nachhinein durch Materialabtrag, beispielsweise spanabhebendes Abtragen, z. B. durch Abschleifen oder Abfräsen erzeugt werden. In jedem Falle wird die Ebene 140 so angeordnet, dass der Schwerpunkt S und die Drehachse M entlang des zylindrischen Körpers zusammenfallen, wie es in 2 schematisch dargestellt ist.
Statt einer Abschrägung kann beispielsweise auch eine zylindrische Ausnehmung, ein Einstich oder dergleichen vorgesehen sein. Unter Abschrägung versteht die Erfindung dabei auch eine achsparallele Abflachung des Werkzeugs auf der der Schneide abgewandten Seite, also eine „Abschrägung” unter einem Winkel von 0°.
Durch die so hergestellte Ausnehmung in Form der Ebene 140 wird das Fräswerkzeug in keiner Weise destabilisiert oder geschwächt. Aufgrund Finite-Elemente-Berechnungen lässt sich nämlich zeigen, dass die Anbringung einer solchen Ebene 140 zwar jegliche Unwuchten weitestgehend beseitigt, das Fräswerkzeug jedoch nicht schwächt.

Claims

Einschneiden-Fräswerkzeug mit einem im Wesentlichen zylindrischen Körper (100), an dessen vorderem Ende die Schneide (110) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper (100) so geformt ist, dass der Massenschwerpunkt des Fräswerkzeugs in dessen Rotationsachse liegt.
Einschneiden-Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper (100) eine im Winkel zur Drehachse (M) angeordnete Abschrägung (140) aufweist, die auf der der Schneide (110) abgewandten Seite angeordnet ist.
Einschneiden-Fräswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägung eine ebene Fläche (140) ist.
Einschneiden-Fräswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche (140) mit der Drehachse (M) einen Winkel zwischen 0 und 8° einschließt, also parallel zur Drehachse (M) oder im spitzen Winkel zur Drehachse (M) angeordnet ist.
Einschneiden-Fräswerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche im Winkel zur Drehachse (M) derart abgeordnet ist, dass sich das Fräswerkzeug zur Schneide (110) hin verjüngt.
Verfahren zum Herstellen eines ausgewuchteten Einschneiden-Fräswerkzeugs mit einem zylindrischen Körper (100), an dessen einem Ende die Schneide (110) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der die Schneide tragende zylindrische Körper so geformt wird, dass der Massenschwerpunkt (S) in der Rotationsachse (M) zu liegen kommt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper so gestaltet ist, dass er im Wesentlichen auf der der Schneide (110) gegenüberliegenden Seite eine im Winkel zwischen 0° und 8° zur Rotationsachse (M) angeordnete, im Wesentlichen ebene Fläche (140) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche (140) mit der Rotationsachse (M) des Fräswerkzeugs einen spitzen Winkel einschließt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche (140) im vorderen Bereich des Fräswerkzeugs ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche (140) so angeordnet wird, dass sich das Fräswerkzeug zur Schneide (110) hin verjüngt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper durch Materialabtrag und/oder urgeformte Herstellung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag durch Abschleifen und/oder Abfräsen vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die urgeformte Herstellung durch Sintern und/oder Gießen und/oder Schmieden erfolgt.