DE2660167C2 - Fräswerkzeug mit einem kreiszylindrischen Werkzeugkörper - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Fräswerkzeug ist in der prioritätsgleichen Patentanmeldung P 26 15 609(DE-AS 26 15 609) offenbart.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Fräswerkzeug dieser Gattung durch eine spezielle geometrische Anordnung der Schneideinsätze eine möglichst gute Schnittleistung zu erreichen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß im Hinblick auf eine möglichst riefenfreie gefräste Oberfläche die Schneideinsätze sich in axialer Richtung ausreichend überlappen müssen und andererseits die Anzahl der Schneideinsätze möglichst gering sein sollte, um eine Schwächung des Werkzeugkörpers durch ein Überschneiden der Aufnahmetaschen zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Fräswerkzeug der angegebenen Gattung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß sämtliche Aufnahmetaschen auf einer einzigen Schraubenlinie angeordnet sind, wird erreicht, daß keine zwei Schneideinsätze die gleich axiale Position im Fräserkörper haben, daß vielmehr die Schneideinsätze in gleichmäßig gestaffelter Reihenfolge nacheinander in das Material eindringen. Der beanspruchte Winkelbereich erlaubt die Verwendung einer vergleichsweise geringen Anzahl von Schneideinsätzen, die minimale axiale Abstände voneinander haben können, um einerseits eine möglichst riefenfreie gefräste Oberfläche zu erzielen und andererseits ein Überschneiden der Spanräume zu vermeiden. Bei Annäherung an die obere Grenze des Durchmesserverhältnisses von 1 :4 gelangt man zu Schneideinsätzen größtmöglichen Durchmessers, was eine entsprechend hohe Zerspanungsleistung je Schneideinsatz sicherstellt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Fräswerkzeuges führt zu einer extrem hohen Schnittleistung, da die Verwendung einer geringen Anzahl von Schneideinsätzen, das gleichmäßige Eindringen der Schneideinsätze in das Material, die hohe Stabilität des Werkzeugkörpers und der Halterung der Schneideinsätze sowie die gute Spanabfuhr einen hohen Vorschub und/oder eine große Eindringtiefe ermöglichen. Die Erfindung ist daher insbesondere für Hochleistungsfräser zum Schruppen geeignet

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

F i g. 1 die Seitenansicht eines Fräswerkzeugs nach der Erfindung;

F i g. 2 die Endansich ι des Fräsers gemäß Fig. 1;

F i g. 3 eine vergrößerte Teilansicht einer Aufnahmetasche und eines in diese eingebauten Schneideinsatzes;

F i g. 4 die Seitenansicht des Schneideinsatzes und der Aufnahmetasche gemäß F i g. 3;

F i g. 5 eine vergrößerte schematische Teilansicht der gegenseitigen Schnittbahnen benachbarter Schneideinsätze bei Drehung in eine gemeinsame Ebene;

F i g. 6 eine Skizze zur Darstellung eines geeigneten Winkelabstands zwischen axial aufeinanderfolgenden Schneideinsätzen längs einer Schraubenlinie zur Erzielung einer gewünschten Staffelung;

F i g. 7 eine schematische Seitenansicht zur Darstellung der gesamten Schneideinsatzanordnung bei Drehung in eine gemeinsame Ebene; und

F i g. 8 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 8-8 der F i g. 1 und 3.

F i g. 1 zeigt einen Hochleistungs-Schruppschaftfräser mit einem kegelförmigen Schaft 10 und einem einstückig daran anschließenden, kreiszylindrischen Werkzeugkörper 11, der in diesem Falle zwanzig Schneideinsätze 12 trägt, die in der Außenfläche des Werkzeugkörpers 11 längs einer einzigen Schraubenlinie und mit einem derartigen gegenseitigen Winkelabstand angeordnet sind, daß sich eine erwünschte Staffelung zwischen benachbarten Schneideinsätzen auf benachbarten Windungen der Schraubenlinie ergibt, wie dies weiter unten im einzelnen beschrieben wird.

Die Einfach-Schraubenlinie durchsetzt nacheinander sämtliche, in Fräserlängsrichtung aufeinanderfolgende Schneideinsätze 12 und ist nicht zu verwechseln mit der Mehrfach-Schraubenlinie, auf der die Schneideinsätze 12 jeweils in Fünfergruppen erscheinen. Wie die F i g. 3, 4 und 8 zeigen, ist jeder Schneideinsatz 12 im wesentlichen von zylindrischer Form, so daß er zur Einstellung einer frischen, unbenutzten Schneidkante verdreht werden kann, und wird durch eine Inbusschraube 15 in einer Aufnahmetasche gehalten, die eine zylindrische Wand 13 aufweist, welche in einem Sitz ί4 endet. Die Schraube 15 ist mit einer kegelförmigen Schulter 16 versehen, welche mit einer entsprechenden, um 30° geneigten, eingesenkten Gegenwand 12 im Schneideinsatz 12 zusammenwirkt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Aufnahmetaschen derart ausgebildet, daß jeder Schneideinsatz mit einem negativen, axialen Spanwinkel von 5° und einem negativen, radialen Spanwinkel von 9° positioniert wird, wie dies in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist.

Jeder Aufnahmetasche 13, 14 ist ein Spanraum 18 in Form einer Aussparung zugeordnet. Die Raumform der Aufnahmetaschen und der Spanräume ist am besten aus einer Beschreibung des bevorzugten Bearbeitungsvorganges verständlich. Ein Schaftfräser mit einem Durchmesser, der größer als der des Schneideinsatzes ist, wird auf den gewünschten axialen und radialen

Spanwinkel eingestellt und in Radialrichtung in die Außenfläche des Werkzeugkörpers 11 bewegt, so daß ein Spanraum 18 eingeschnitten wird, der unmittelbar von der beabsichtigten Position der Schneideinsatzfläche zur Außenfläche des Werkzeugkörpers hin verläuft Anschließend wird ein im Durchmesser kleinerer Planschaftfräser, der gegenüber dem Schneideinsatz eins; Durchmessertoleranz in der Größenordnung von maximal G,l 25 mm hat, auf der gleichen, mit der Position des zur Herstellung des Spanraums verwendeten Fräsers übereinstimmenden Achse bis zu einer Tiefe abgesenkt, die «eringfügig kleiner als die Höhe des Schneideinsatzes 12 ist, so daß die Wand 13 und der Sitz 14 der Aufnahmetasche entstehen.

Nachdem der Spanraum 18 und die Aufnahmetasche 13, 14 hergestellt sind, wird eine Gewindebohrung an einer Achse eingeschnitten, die parallel zur Achse der zylindrischen Aufnahmetasche verläuft, gegenüber dieser jedoch um etwa 0,15 bis 0,2 mm nach innen versetzt ist, um sicherzustellen, daß der Schneideinsatz 12 durch die Anlage der unter 30° geneigten Rächen 16 und 17 des Schraubenkopfes und des Einsatzes nach innen gegen die Wand 13 gezogen wird und auf dieser aufsitzt, wie dies in F i g. 8 gezeigt ist. Eine Schraube, die gegenüber dem Durchmesser der zylindrischen, niittig durch den Schneideinsatz 12 verlaufenden öffnung 25 eine Durchmessertoleranz in der Größenordnung von 0,5 mm hat, gewährleistet einen ausreichenden Gesamtspalt 26 zum Einsetzen und Einstellen des Schneideinsatzes. Der bevorzugte Neigungswinkel der einander entsprechenden, kegelförmigen Flächen 16 und J 7 von 30° ist kleiner als die Anfasung bei einem herkömmlichen Schraubenkopf, jedoch wird dieser Winkel gewählt, um ein Aufsitzen des Schneideinsatzes 12 nach innen an der zylindrischen Wand 13 sicherzustellen und die radialen Dehnungsspannungen, die beim Festziehen am Einsatz 12 in Richtung einer Bruchbelastung wirken, kleinzuhalten.

Der nach außen verlaufende Spanraum 18 erstreckt sich vollständig zur zylindrischen Außenfläche des Werkzeugkörpers 11. Der Spanraum 18, der bei dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel koaxial zur Aufnahmetasche 13, 14 verläuft, kann im Hinblick auf einen verbesserten Spanabfluß auch tiefer in die zylindrische Außenfläche des Werkzeugkörpers 11 eingeschnitten werden, wenn der Durchmesser des Werkzeugkörpers 11 so groß ist, daß hierdurch die Steifigkeit nicht beeinträchtigt wird. In jedem Fall wird die Aufnahmetasche 13, 14 von der Außenfläche des Werkzeugkörpers

11 radial nach innen eingearbeitet, derart, daß vorzugsweise radiale Taschenabschnitte 19 zur Halterung des Schneideinsatzes Yl entstehen und ein Teil der Schneidkante 20 über den Außenumfang des Werkzeugkörpers 11 um eine Strecke von etwa 10% des Schneideinsatzdurchmessers vorsteht (siehe Fig.3). Um hohe, bruchgefährdende Eckspannungen zu vermeiden, wird vorzugsweise am Außenumfang des Schneideinsatzes 12 eine konische Entlastungsfläche 21 und neben der Öffnung 25 am unteren Ende des Schneideinsatzes 12 eine konische Entlastungsfläche· 22 eingeschnitten. Wenn die Tiefe der Aufnahmetasche 13, 14 geringfügig kleiner als die Dicke des Schneideinsatzes

12 gewählt wird, ergibt sich bei einem erweiterten Radius des Spanraums 18 ein Entlastungsspalt 27 (Fig. 8), der die Schnittkante des Scbneideinsatzes 12 vor Klemmspannungen schützt. Für Hochleistungsschnitte wird bei dati meisten Metallen eine optimale Schnitlwirkung durch eine unter einem positiven nach

Winkel von 15° angestellte Neigusigsfiathc 23
die von einem sehma/en, ebenen Schnittsifljr 34
innen verläufL

Infolge der nunmeiir \ni taiüirlnfs? i/es
gestaffelten Anordnung der Sdinetdemsäize 12 bzw. Aü/i>ah;;ietaschen 13, 14 bleibt im Bereich der Aufnahmetaschen ein einstückiger Steg des Werkzeug-Körpers 11 stehen, der in Radialrichtung nach au&£:t zur zylindrischen Mantelfläche des Werkzeugkörpers 3! ίο verläuft, wodurch für jeden Schneideinsatz 12 eine isolierte Einsatztasche 13, 14 einschließlich eines Spanraums 18 geschaffen und die Steifigkeit des Werkzeugkörpers 11 im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird, was vor allem für Hochleistungs-Grobfräser is mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser und großer Axiallänge, die ohne störende Rauerbildung arbeiten sollen, von Bedeutung ist Infolge der isolierten Anordnung der Aufnahmetaschen 13, 14 und Spanräume 18 wird zwar die Anzahl der Schneideinsätze 12 je Längeneinheit des Werkzeugkörpers U begrenzt, und es ergibt sich eine geringfügig geriffelte Bearbeitungsfläche, wie dies am deutlichsten bei 29 >·: F i g. 5 gezeigt ist, jedoch ist nur eine leichte Nachbearbeitung erforderlich, um die Werkstückfläche fertigzustellen, und mit einer geringen Anzahl von Schneideinsätzen, nämlich zwanzig bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, wird — wie Fig.7 zeigt — eine große Gesamtschnittlänge erzielt und zugleich ein hoher Wirkungsgrad (benötigte Antriebsleistung für einen in der Minute zerspanten Kubikzentimeter Metall) erreicht

F i g. 6 zeigt für das beschriebene Ausführungsbeispiel einen geeigneten Winkelabstand zwischen axial aufeinanderfolgenden Schneideinsätzen 12 längs der in Umfangsrichtung verlaufenden, einzelnen Schraubenlinie, insbesondere für Fräser mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser. Dieser Winkelabstand von 96° bewirkt eine Staffelung von 24° in den einzelnen, auf der Mehrfach-Schraubenlinie angeordneten Gruppen von Schneideinsätzen. Dieser Winkelabstand ermöglich! für eine betrachtete Gesamtschnittlänge die Verwendung von Schneideinsätzen 12 in der geringsten Anzahl und mit de τι größtmöglichen Durchmesser, bezogen auf den Durchmesser des Werkzeugkörpers 11, bei zugleich gleichförmigem Winkelabstand. Durch den verhältnismäßig großen Durchmesser der Schneideinsätze 12 wird sowohl eine hohe Zerspanungsleistung je Einsatz garantiert als auch der Axialabstand zwischen längs der Schraubenlinie aufeinanderfolgenden Schneideinsätzen, so der für eine ausreichende Überlappung der Schnittnuten und eine glatte Bearbeitung der gefrästen Gesamtfläche erforderlich ist vergrößert Im Hinblick auf diese Parameter liegt das maximale Durchmesserverhältnis von Schneideinsatz 12 zu Werkzeugkörper 11 in der Praxis bei 1 :4. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 wurden 12,5 mm große, runde Hartmetalleinsätze mit einer Dicke von 7,7 mm in einen Fräser -nit einein effektiven Durchmesser von 50 mm eingebaut, wobei der Axialabstand zwischen den Einsätzen mit Ausnahme der ersten beiden 3,75 mm betrug. Zum Ende des zweiten Einsatzes wi—de ein Axialabstand von 1,87 mm gewählt, und der erste Einsatz wurde gegenüber den übrigen um 1,25 mm radial nach innen versetzt.

Dieser verringerte Abstand der Schneideinsatze am

f>5 Ende des Stirnfärsers ergibt geringere Zerspanungsbelastuneen am Eiririttsende, da die Länge der wirksamen Schnittkante vemnger. wird. Hierdurch wird auch der Verschleiß herabgesetzt, und es sind r-'ctir Einstellrr.6_t

henkelten für den vorderen Schneideinsatz 12a vorhanden.

Wie F i g. 5 zeigt, kann der vordere Schneideinsatz 12a' wahlweise quadratisch mit abgerundeten Ecken ausgebildet sein, was einen kleineren Eckradius ergibt, wodurch die Spantemperatur merklich herabgesetzt wird und dadurch die Abnutzung der Schnittkante sowie die Werkstückhärtung bei der Bearbeitung rostfreier Stähle und hitzebeständiger Metalle verringert werden.

Bei Werkstücken, die scharfe Ecken haben sollen, ist außerdem eine geringere Materialabtragung bei der Nachbearbeitung erforderlich.

Der Winkelabstand der Schneideinsätze 12 in einer linksdrehenden Schraubenlinie auf einem im Uhrzeigersinn umlaufenden Fräser gewährleistet in vorteilhafter Weise, daß in jeder der scheinbaren Schraubenlinien der letzte Schneideinsatz 12f (Fig. I). der der Basis des Werkzeugs am nächsten liegt, als erster in das Werkstück eindringt und dann die in der scheinbaren Schraubenlinie nachfolgenden Schneideinsätze in gleichförmigem Winkelabstand zunehmend in das Werkstück eindringen, wodurch die Schnittwirkung stabilisiert wird.

Der Winkelabstand zwischen längs der einzelnen Schraubenlinie aufeinanderfolgenden Schneideinsätzen 12 liegt zwischen 94 und 98". Hierdurch dringen die einzelnen Schneideinsätze 12 stufenweise in das Werkstück ein, und es wird eine geringere Antriebsleistung benötigt und Ratter- und Vibralionscrscheinul·· gen werden verringert. Anstelle von runden können auch polygonale, /.. B. quadratische .Schneideinsätze verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Fräswerkzeug mit einem kreiszylindrischen Werkzeugkörper, der an seiner Außenfläche mit mehreren Aufnahmetaschen versehen ist, die in mehreren in Längsrichtung schraubenlinienförmig verlaufenden, in Umfangsrichtung mit gleichem Abstand aufeinanderfolgenden Reihen angeordnet sind und die jeweils einen Sitz für einen mit seiner Schneidkante zu einem kleineren Bruchteil über die Außenfläche des Werkzeugkörpers vorstehenden Schneideinsatz aufweisen, wobei die Schneideinsätze in den Aufnahmetaschen mit gleichen axialen und radialen Spanwinkeln gehaltert sind und jedem Schneideinsatz ein gesonderter, als an die Aufnahmetasche anschließender und zur Außenfläche des Werkzeugkörpers in offene Aussparung ausgebildeter Spanraum zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmetaschen (13, 14) längs einer einzigen, sämtliche Aufnahmetaschen in der Reihenfolge ihres Axialabstandes nacheinander durchsetzenden Schraubenlinie angeordnet sind und axial aufeinanderfolgende Aufnahmetaschen (13, 14) in Umfangsrichtung um einen Winkel zwischen 94° und 98" versetzt zueinander sind wobei das maximale Verhältnis des Durchmessers der Schneideinsätze zum Durchmesser des Werkzeugkörpers bei 1 :4 liegt.