DE69920307T2

DE69920307T2 - Fräser

Info

Publication number: DE69920307T2
Application number: DE69920307T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Volokh
Original assignee: Hanita Metal Works Ltd
Current assignee: Hanita Metal Works Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: US20010018011A1; EP0945203A2; US7186063B2; DE69920307D1; JPH11320240A; EP0945203B1; JP4421000B2; EP0945203A3; IL123794A0; US20070196186A1; IL123794A; US7393160B2

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fräser. Spezieller betrifft die Erfindung ein neues und verbessertes Werkzeug für solche Fräser, die Schaftfräser einschließen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fräser sind drehbare zylindrische, kegelige oder mit einem Profil versehene oder scheibenförmige Werkzeuge, die eine Mehrzahl an Fräserschneiden haben. Diese Fräser sind in vielen Formen erhältlich, z.B. als flache zylindrische Scheibenfräser, Stirn- und Schaftfräser, Formfräser und Standard- und besonders geformte profilierte Fräser. Hochgeschwindigkeit-Stahlfräser werden für eine Kleinserienproduktion, Hartmetallfräser oft für Großserienproduktionen verwendet. Eine Form eines Schneideeinsatzes wird von Satran im U.S.-Patent Nr. 5.635.670 beschrieben. Ähnlich wie für Drehwerkzeuge hat jede Fräserschneide einen Freiwinkel, der immer positiv ist, und einen Spanwinkel, der häufig positiv, jedoch auch Null oder negativ sein kann, wenn z.B. der Schneidzahn zur Klasse des Hartmetalls gehört und die spanabhebende Formgebung bei hohen Geschwindigkeiten dennoch ohne ein Kühlmittel durchgeführt wird. Ebenfalls ähnlich wie bei Drehwerkzeugen hängen die empfohlenen Freiwinkel und die Spanwinkel beide vom zu bearbeitenden Material und vom Material ab, aus dem der Fräser gemacht ist.
Im Verlauf von etwa einem Jahrhundert wurden viele experimentelle Versuche in der Anstrengung durchgeführt, den besten Werkzeug-Kopfkegelwinkel für Fräsermetalle zu finden. Eine Werkzeugspitze, deren eingeschlossener Spitzenwinkel zu klein ist, wird daran scheitern, Wärme äbzuführen, und schnell Temperaturen erreichen, die das Werkzeug weich machen und seine Lebensdauer stark verkürzen und/oder den Werkzeugausfall bewirken. Auch vibriert ein solches Werkzeug wahrscheinlich, erzeugt Lärm und kann sogar brechen. Umgekehrt kann es einer Werkzeugspitze, die einen zu großen Schnittwinkel hat, versagen, ohne mit der Aufbringung hoher Schnittkräfte zu schneiden: Sowohl zu große als auch zu kleine Spitzenwinkel können die Erzeugung einer schlechten Oberflächenbearbeitung bewirken. Standard-Lehrbücher wie beispielsweise "TOOL ENGINEERS HANDBOOK" und "MACHINERY'S HANDBOOK" stellen Empfehlungs-Tabellen für diese Winkel bereit, denen wiederum eine große Erfahrung und praktische Tests zugrundeliegen.
Es wurden viele Nachforschungen angestellt, um die größtmögliche Menge an entferntem Metall vor dem Werkzeugausfall im Verhältnis zu einer ausgewählten Schneidegeschwindigkeit zu bestimmen. Es gibt jedoch so viele zusätzlich eingeschlossene Faktoren wie beispielsweise die Verarbeitungsleistung des Werkstücks, die selbst wiederum eine Funktion sowohl vom Materialtyp als auch von der Wärmebehandlung, Zahnform, Fräsergröße, Zahl der Zähne und vom Fräsermaterial, von der am Fräser verfügbaren Maschinenwerkzeugleistung, der Maschinenwerkzeugfestigkeit, der Fräserfestigkeit, Kühlmittelart und Fließrate, der benötigten Oberflächenbearbeitung, der gewählten Zuführungsrate und der Tiefe und Breite des Einschnitts ist, so dass die für eine Anmeldung veröffentlichten Ergebnisse selbst dann nur schwer zu anderen Anmeldungen übertragbar sind, wenn die zugrundeliegende Art der Arbeit, z.B. Fräsen, dieselbe ist. Es ist jedoch klar, dass die Werkzeugspitzenerwärmung für eine lange Lebensdauer des Werkzeugs schädlich ist, und dass alles, das getan werden kann, um die Temperatur der Werkzeugspitze zu senken, eine Hilfe für eine längere Lebensdauer mit sich bringen wird.
Eine ausgiebig verwendete Fräserart ist z.B, der zylindrische Hochgeschwindigkeits-Stahl- und -Hartmetall-Schaftfräser, der für gewöhnlich spiralförmige Zähne und eine Zahnfläche hat, die einen Spanwinkel im Bereich von z.B. 15° hat. Die Schneidfläche ist, wenn im Querschnitt betrachtet, für gewöhnlich eine einzige konkave Kurve, die sich ohne Unterbrechung vom Zahnfuss bis zur Schneidkante erstreckt. Ein Nachteil dieser Zahnform ist der, dass ein übermäßiges Reiben des Spans an der Zahn-Spanfläche erfolgt, was zu einem hohen Energieverbrauch und zur Erzeugung von mehr Wärme als nötig führt, was das Weichmachen des Werkzeugs bewirkt. Es ist natürlich die Funktion des flüssigen Kühlmittels, eine solche Wärme zu entfernen; jedoch haben Studien gezeigt, dass das Kühlmittel nie die tatsächliche Schneidkante erreicht, die am dringlichsten gekühlt werden muss. In der Praxis entfernt das Kühlmittel die Wärme vom Körper des Werkzeugs und vom Werkstück, und Wärme wird durch Leitung von der heißen Schneidkante auf den Werkzeugkörper überführt. Werkzeugstahlmaterialien sind lediglich mäßig gute Wärmeleiter, so dass es häufig ein Problem der kurzen Lebensdauer für ein Werkzeug als Folge einer heißen Schneidkante gibt.
Man stößt häufig auf ein weiteres Problem, wenn ein Schaftfräser verwendet wird, um eine geschlossene Rille in nachgiebigen Materialien wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, weichem unlegierten Stahl und Messing in ihrem Glühzustand zu verarbeiten. Die Späne lösen sich trotz der Tatsache nicht leicht aus dem Raum zwischen den Fräserzähnen, dass die Fräser im Gegensatz zu Drehwerkzeugen immer diskrete Späne erzeugen. Die zuvor erwähnte herkömmliche Werkzeugform ist in Bezug auf die Abfuhr von Spänen nicht dienlich.
JP-A-61214909 offenbart eine mehreckige Wegwerf-Spitze. Die obere und die untere Fläche liegen parallel zueinander, Unter-Schneidkanten auf jedem der Eckabschnitte der oberen Fläche bildend, und konvex gekrümmte und konkav gekrümmte Flächen auf jedem Seitenabschnitt zwischen jeder Unter-Schneidkante bildend.
Unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik, ist es jetzt eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung in Fräsern, insbesondere in Schaftfräsern zu bewirken und eine Zahnform bereitzustellen, die eine verstärkte Schneidkante und eine verbesserte Span-Abfuhr hat.
Die vorliegende Erfindung erzielt die obigen Aufgaben durch die Bereitstellung eines Mehrzahndrehfräsers, wobei jeder Zahn eine Schneidfläche hat, die mindestens zwei Abschnitten umfasst, gekennzeichnet durch einen ersten Abschnitt am nächsten Nähe zur Schneidkante, der, wenn im Querschnitt senkrecht zur Fräserachse betrachtet, eine konvexe Form hat, und durch einen zweiten Abschnitt konkaver Form zwischen dem ersten Abschnitt und dem Zahnfuss.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Fräser bereitgestellt, worin die Länge des ersten Abschnitts, wenn im Wesentlichen in Richtung der Fräsermitte gemessen, beispielsweise 20% der Gesamtlänge der Zahnfläche umfasst.
In einer bevorzugtesten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Fräser bereitgestellt, der weiterhin mit einem konkaven Spanbrecherabschnitt bereitgestellt wird, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt befindet.
Noch weitere Ausführungsformen der Erfindung werden hiernach beschrieben.
Im U.S.-Patent Nr. 5.049.009 wird in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff aus Anspruch 1 ein Schaftfräser mit einem drehenden Schneidwerkzeug beschrieben und beansprucht, worin die für die Zahnform beanspruchte Verbesserung eine erste Abfuhr-Wand betrifft, die ein gekrümmtes Schneidrücken-Segment und ein lineares Schneidrücken-Segment an einem wesentlichen Abschnitt der Schneidkante aufweist. Das gekrümmte Schneidrücken-Segment befindet sich angrenzend an der Schneidkante und endet an einem Punkt an der ersten Abfuhr-Fläche.
Im Unterschied dazu stellt die Erfindung ein konvexes Segment bereit, um eine Fläche der Schneidkante zu bilden.
Es wird solchermaßen erkannt werden, dass die neuartige Werkzeugform der vorliegenden Erfindung dazu dient, die Zahn-Schneidkante zu verstärken, und dass sie für das Schneiden von Eisenmetallen und Nicht-Eisenmetallen geeignet ist. Die konvexe Form unterstützt die Spanabfuhr und erzeugt eine verbesserte Oberflächenbearbeitung am Werkstück.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die über Beispiele bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Strukturelle Details werden nur gezeigt, wenn sie für ein fundamentales Verständnis davon nötig sind. Die beschriebenen Beispiele werden den Fachleuten auf dem Gebiet zusammen mit den Zeichnungen ersichtlich machen, wie weitere Formen der Erfindung erzielt werden können.
In den Zeichnungen
1a ist ein Aufriss eines Schaftfräsers, der eine Zahnform hat, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und wirksam ist;
1b ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines einzigen Zahns, die bei AA in 1a senkrecht zur Fräserachse genommen ist;
2 ist eine Querschnittansicht eines Zahns, der die bevorzugten Abmessungen hat;
3 ist eine Querschnittansicht eines Zahns, der einen konkaven zweiten Abschnitt hat; und
4 ist eine Querschnittansicht eines Zahns, der mit einem Spanbrecher bereitgestellt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
In 1a ist ein Mehrzahndrehfräser 10 zu sehen. Der Fräser 10 ist ein Schaftfräser; jedoch ist die zu beschreibende Zahnform an verschiedene Fräsertypen anlegbar.
1b zeigt einen der Fräserzähne 12 derselben Ausführungsform in vergrößerter Form. Der Zahn 12 hat eine Zahnfläche oder Schneidfläche, die zwei Abschnitten umfasst, und zwar ein erster Abschnitt 14 in nächster Nähe zur Schneidkante 16, der eine konvexe Form hat, wenn im Querschnitt senkrecht zur Fräserachse 18 in 1a betrachtet. Der zweite Abschnitt 20 ist konkav. Der Spanwinkel wird bei "B" und der Freiwinkel bei "C" angezeigt. Der Schneidkantenweg wird bei "D" angezeigt.
Nimmt man jetzt auf 2 Bezug, ist ein Zahn 22 eines Fräsers zu sehen, worin die Länge des ersten Abschnitts 24, wenn im Wesentlichen in Richtung Fräserachse gemessen, z.B. 20% der Gesamtlänge der Zahnfläche umfasst.
Der zweite Abschnitt 26 ist gerade und geht tangential in den ersten Abschnitt 24 über.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die obigen Verhältnisse:
BEISPIEL 1

Fräsertyp: Schaftfräser
Außendurchmesser: 10 mm
Zahl der Zähne: 4
Gesamt-Zahntiefe: 1,4 mm
Länge des ersten Abschnitts: 0,28 mm
Länge des zweiten Abschnitts: 1,12 mm
Form des zweiten Abschnitts: konkav

3 veranschaulicht einen Zahn 28 eines Fräsers, worin der zweite Abschnitt 30 konkav ist. Andererseits gleicht der Zahn 28 dem in 2 gezeigten und wird entsprechend gleich bezeichnet.
In 4 ist ein Zahn 30 eines Fräsers zu sehen, der mit einem konkaven Spanbrecherabschnitt 32 bereitgestellt wird. Der Spanbrecherabschnitt 32 befindet sich zwischen dem ersten 34 und dem zweiten Abschnitt 36.
Es ist vorgesehen, dass der Schutzumfang der beschriebenen Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in die Bedeutung der folgenden Ansprüche fallen. Die vorherigen Beispiele veranschaulichen nützliche Formen der Erfindung, sind jedoch nicht als ihren Schutzumfang einschränkend anzusehen. Fachleute auf dem Gebiet werden ohne weiteres erkennen, dass zusätzliche Varianten und Modifikationen der Erfindung formuliert werden können, ohne sich vom Sinn der folgenden Ansprüche zu lösen.

Claims

Mehrzahndrehfräser (10), wobei jeder Zahn (12; 22) eine mindestens zwei Abschnitte (14, 20; 24, 30) umfassende Schneidfläche aufweist, gekennzeichnet durch einen ersten Abschnitt (14; 24) am nächsten zur Schneidkante (16) mit einer, gesehen in einem Querschnitt senkrecht zur Fräserachse (18), konvexen Form und einem zweiten Abschnitt (20, 30) zwischen dem ersten Abschnitt und dem Zahnfuß in einer konkaven Form.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem die Länge des ersten Abschnitts (14; 24), gemessen im Wesentlichen in Richtung der Fräsermitte, mindestens 20% der Gesamtlänge der Schneidfläche beträgt.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem der erste Abschnitt (24) tangential in den zweiten Abschnitt (30) übergeht.
Fräser nach Anspruch 1, weiterhin mit einem konkaven Spanbrechabschnitt (32), der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (24, 30) befindet, wobei der Treffpunkt des ersten Abschnitts (24) und des konkaven Spanbrechabschnitts (32) einen Winkel bildet.
Fräser nach Anspruch 1, bei dem es sich um einen beliebigen einer Gruppe umfassend einen Schaftfräser aus HSS, Vollhartmetall-Cermets und Keramik handelt.