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Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug und ein Verfahren zum Auslegen eines solchen Fräswerkzeugs.
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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. Beispielsweise bei der Verwendung eines Breitschlichtmessers als eine Schneide des Fräswerkzeugs greift das Breitschlichtmesser weniger stark in das bearbeitete Werkstück ein als die übrigen Schneiden, wodurch sich ein kleineres Zerspanungsvolumen als ein dem Fräswerkzeug zugeordnetes durchschnittliches Zerspanungsvolumen pro Schneide ergibt. Bei einem konstanten Vorschub des Fräswerkzeugs muss daher eine dem Breitschlichtmesser nacheilende Schneide mehr Material des Werkstücks abtragen, insbesondere ergibt sich für die Schneide ein größeres Zerspanungsvolumen als das dem Fräswerkzeug zugeordnete durchschnittliche Zerspanungsvolumen. Dadurch wird die dem Breitschlichtmesser nacheilende Schneide übermäßig belastet und es ergibt sich ein erhöhter Verschleiß dieser Schneide. Dies wiederum führt zu ungleichmäßiger Abnutzung und zu verschiedenen Standzeiten der verschiedenen Schneiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fräswerkzeug und ein Verfahren zum Auslegen eines solchen Fräswerkzeugs zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise nicht auftreten.
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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.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Fräswerkzeug, mit einer Mehrzahl an ersten Schneiden und mindestens einer zweiten Schneide geschaffen wird, wobei die Mehrzahl an ersten Schneiden und die mindestens eine zweite Schneide in Umfangsrichtung des Fräswerkzeugs versetzt an dem Fräswerkzeug angeordnet sind. Die ersten Schneiden sind in Axialrichtung des Fräswerkzeugs an einer Nominal-Position angeordnet. Weiterhin umfasst die Mehrzahl an ersten Schneiden eine Kompensationsgruppe mit mindestens einer Kompensations-Schneide und mindestens eine Nichtkompensations-Schneide. Dabei ist der mindestens einen Nichtkompensations-Schneide ein Nominal-Flugkreis zugeordnet. Der mindestens einen Kompensations-Schneide ist ein Kompensations-Flugkreis zugeordnet. Weiterhin sind der Nominal-Flugkreis und der Kompensations-Flugkreis voneinander verschieden. Die mindestens eine zweite Schneide ist in Axialrichtung des Fräswerkzeugs um einen Vorversatz gegenüber der Nominal-Position in Richtung einer Bearbeitungs-Stirnseite vorversetzt. Zusätzlich ist der mindestens einen zweiten Schneide ein Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis zugeordnet, wobei der Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis kleiner ist als der Nominal-Flugkreis und als der Kompensations-Flugkreis. Die mindestens eine zweite Schneide eilt der Mehrzahl an ersten Schneiden in Umfangsrichtung vor. Auf diese Weise können vorteilhaft die aufgrund der mindestens einen zweiten Schneide verschiedenen Zerspanungsvolumina pro Schneide aneinander angeglichen werden. Das Zerspanungsvolumen pro Schneide ist dabei ein Maß für die von der jeweiligen Schneide erbrachte Zerspanungsleistung. Insbesondere kann eine seitliche, das heißt radiale, Ausrichtung der Kompensations-Schneiden so angepasst werden, dass die Zerspanungsvolumina pro Schneide für jede Schneide zumindest im Wesentlichen gleich, vorzugsweise gleich sind. Es ergibt sich ebenfalls eine vergleichmäßigte Kraftverteilung an den Schneiden, die dadurch auch vergleichmäßigte und insbesondere längere Standzeiten aufweisen.
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Insbesondere wird ein von der zweiten Schneide aufgrund des aus dem Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis resultierenden radialen Rückversatzes nicht erbrachtes Zerspanungsvolumen auf die Schneiden der Kompensationsgruppe aufgeteilt. Damit erhöht sich das Zerspanungsvolumen der mindestens einen Kompensations-Schneide und der mindestens einen Nichtkompensations-Schneide im Vergleich zu einer ersten Schneide, die nicht der Kompensationsgruppe zugeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, bei einem festen von der zweiten Schneide nicht erbrachten Zerspanungsvolumen das zusätzliche Zerspanungsvolumen je Schneide der Kompensationsgruppe zu reduzieren, je größer die Anzahl der Schneiden der Kompensationsgruppe ist.
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Weiterhin ist das von der zweiten Schneide erbrachte Zerspanungsvolumen abhängig von dem radialen Rückversatz der zweiten Schneide, wobei sich das Zerspanungsvolumen der zweiten Schneide mit größer werdendem Rückversatz reduziert. Insbesondere ist das Zerspanungsvolumen der zweiten Schneide Null, sobald der radiale Rückversatz gleich einem Schwellen-Rückversatz ist. Damit ist das von der zweiten Schneide nicht erbrachte Zerspanungsvolumen konstant - entspricht insbesondere einem Maximal-Zerspanungsvolumen - für einen radialen Rückversatz, der größer oder gleich dem Schwellen-Rückversatz ist. Daher ist es möglich, bei einem festen zusätzlichen Zerspanungsvolumen je Schneide der Kompensationsgruppe das von der zweiten Schneide nicht erbrachte Zerspanungsvolumen zu vergrößern, insbesondere bis das Maximal-Zerspanungsvolumen erreicht ist, je größer die Anzahl der Schneiden der Kompensationsgruppe ist.
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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 ausgeführt werden.
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Die 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.
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Die Schneiden weisen insbesondere Schneidkanten des Fräswerkzeugs auf. Die Schneidkanten können direkt an einem Grundkörper des Fräswerkzeugs ausgebildet sein, oder aber an Schneideinsätzen, insbesondere Messerplatten oder Wendeschneidplatten, die an dem Grundkörper befestigt, beispielsweise an den Grundkörper angeschraubt oder in den Grundkörper eingelötet sind. Insbesondere sind die Schneidkanten Hauptschneiden einer zugeordneten Schneidengeometrie.
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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.
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Unter einer einer Schneide voreilenden Schneide wird eine Schneide verstanden, die - in Umdrehungsrichtung des Fräswerkzeugs gesehen - der betrachteten Schneide voreilt, das heißt, in Umdrehungsrichtung des Fräswerkzeugs gesehen vor der betrachteten Schneide angeordnet ist und vorzugsweise bei der Bearbeitung eines Werkstücks vor der betrachteten Schneide in Eingriff mit dem Material des Werkstücks kommt. Weiterhin wird unter einer einer Schneide unmittelbar voreilenden Schneide eine Schneide verstanden, die - in Umdrehungsrichtung des Fräswerkzeugs gesehen - der betrachteten Schneide unmittelbar voreilt, das heißt, in Umdrehungsrichtung des Fräswerkzeugs gesehen vor der betrachteten Schneide angeordnet ist und vorzugsweise bei der Bearbeitung eines Werkstücks unmittelbar vor der betrachteten Schneide in Eingriff mit dem Material des Werkstücks kommt.
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Ein Flugkreis ist insbesondere ein gedachter Kreis, der definiert ist durch die Bahn, die ein Punkt auf einer Schneidkante einer Schneide, der entlang der Schneidengeometrie den größten Abstand zur Werkzeugmittelachse aufweist, bei der Rotation des Fräswerkzeugs um die Werkzeugmittelachse beschreibt.
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Dass einer Schneide ein Flugkreis zugeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass die Schneide an dem Fräswerkzeug den Flugkreis aufweist, oder - anders ausgedrückt - dass die Schneide, insbesondere deren Schneidkante, mit dem entsprechenden Flugkreis an dem Fräswerkzeug angeordnet ist.
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Der Nominal-Flugkreis ist damit insbesondere ein für das Fräswerkzeug vorbestimmter Flugkreis, der einen nominellen Bearbeitungsdurchmesser des Fräswerkzeugs bestimmt. Zusätzlich wird insbesondere der Kompensations-Flugkreis basierend auf dem Nominal-Flugkreis bestimmt und/oder berechnet.
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Insbesondere ist die mindestens eine zweite Schneide radial gegenüber der Mehrzahl an ersten Schneiden nach innen versetzt, das heißt in Richtung der Werkzeugmittelachse zurückversetzt, da der Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis kleiner ist als der Nominal-Flugkreis und der Kompensations-Flugkreis.
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Die Nominal-Position ist insbesondere eine für das Fräswerkzeug vorbestimmte Position entlang der Axialrichtung, an welcher die ersten Schneiden, insbesondere die Schneidkanten der ersten Schneiden, anzuordnen sind.
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Dass die mindestens eine zweite Schneide in der Axialrichtung des Fräswerkzeugs um einen Vorversatz gegenüber der Nominal-Position in Richtung einer Bearbeitungs-Stirnseite vorversetzt ist, bedeutet, dass die mindestens eine zweite Schneide gegenüber einer in der Nominal-Position angeordneten Schneide in der Axialrichtung in Richtung auf ein zu bearbeitendes Werkstück hin übersteht.
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Insbesondere unterscheiden sich die Mehrzahl an ersten Schneiden und die mindestens eine zweite Schneide in einer Anordnung der Schneiden sowohl in der Axialrichtung des Fräswerkzeugs als auch in der Radialrichtung des Fräswerkzeugs.
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Insbesondere ist ein Materialabtrag in der Radialrichtung des Fräswerkzeugs an einem Werkstück mittels einer der ersten Schneide größer als der Materialabtrag in der Radialrichtung des Fräswerkzeugs an dem Werkstück mittels der mindestens einen zweiten Schneide. Insbesondere ist ein Materialabtrag in der Axialrichtung des Fräswerkzeugs an einem Werkstück mittels der mindestens einen zweiten Schneide größer als der Materialabtrag in der Axialrichtung des Fräswerkzeugs an dem Werkstück mittels einer der ersten Schneide.
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Insbesondere ist der Kompensations-Flugkreis kleiner als der Nominal-Flugkreis.
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Insbesondere ist mindestens einer ersten Schneide der Mehrzahl an ersten Schneiden, die nicht der Kompensationsgruppe zugeordnet ist, der Nominal-Flugkreis zugeordnet.
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Insbesondere eilt mindestens eine auf dem Nominal-Flugkreis angeordnete erste Schneide der mindestens einen zweiten Schneide insbesondere unmittelbar vor.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind eine zweite Schneide der mindestens einen zweiten Schneide und eine Kompensations-Schneide der mindestens einen Kompensations-Schneide einander - in Umfangsrichtung - unmittelbar benachbart. Weiterhin eilt die eine zweite Schneide der mindestens einen Kompensations-Schneide in Umfangsrichtung unmittelbar vor.
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Insbesondere ist eine Bearbeitungsrichtung des Fräswerkzeugs orthogonal zu der Axialrichtung des Fräswerkzeugs.
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Das Fräswerkzeug wird im Rahmen der Fräsbearbeitung senkrecht zur Werkzeugmittelachse, insbesondere in der Bearbeitungsrichtung verlagert. 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.
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Insbesondere ist die mindestens eine zweite Schneide als Breitschlichtmesser ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kompensationsgruppe mindestens zwei Kompensations-Schneiden aufweist, wobei den mindestens zwei Kompensations-Schneiden verschiedene Kompensations-Flugkreise zugeordnet sind. Zusätzlich sind die mindestens zwei Kompensations-Schneiden einander unmittelbar benachbart. Vorteilhafterweise ist es damit möglich, das von der mindestens einen zweiten Schneide nicht erbrachte Zerspanungsvolumen auf eine Mehrzahl an ersten Schneiden aufzuteilen und somit die zusätzlichen Belastungen der der Kompensationsgruppe zugeordneten ersten Schneiden zu reduzieren.
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Insbesondere auf diese Weise wird die Schneidleistung sowie ein Zerspanungsvolumen unter den Schneiden vergleichmäßigt, sodass deren Belastung, Zerspanungsleistung, Abnutzung und Standzeiten vorteilhaft homogenisiert sind.
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In einer Ausgestaltung sind einer ersten Kompensations-Schneide ein erster Kompensations-Flugkreis und der zweiten Kompensations-Schneide ein zweiter Kompensations-Flugkreis zugeordnet. Die erste Kompensation-Schneide eilt dabei in Umfangsrichtung unmittelbar der mindestens einen zweiten Schneide nach. Weiterhin sind die zweite Kompensations-Schneide und die Nichtkompensations-Schneide einander unmittelbar benachbart. Insbesondere ist der erste Kompensations-Flugkreis kleiner als der zweite Kompensations-Flugkreis und der zweite Kompensations-Flugkreis ist kleiner als der Nominal-Flugkreis.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Nichtkompensations-Schneide der mindestens einen Kompensations-Schneide unmittelbar nacheilt.
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In einer Ausgestaltung eilt die Nichtkompensations-Schneide der ersten Kompensations-Schneide in Umfangsrichtung unmittelbar nach. Alternativ eilt bevorzugt die Nichtkompensations-Schneide der zweiten Kompensations-Schneide in Umfangsrichtung unmittelbar nach. Insbesondere eilt die Nichtkompensations-Schneide derjenigen Kompensations-Schneide, die den größten Kompensations-Flugkreis aufweist, in Umfangsrichtung unmittelbar nach.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mehrzahl an ersten Schneiden zur Vorbearbeitung des Werkstücks, insbesondere als Schruppschneiden, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist zusätzlich die mindestens eine zweite Schneide zur Fertigbearbeitung des Werkstücks, insbesondere als Schlichtschneiden, ausgebildet.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung können Schrupp- und Schlichtvorgänge mit demselben Fräswerkzeug ausgeführt werden, da die Oberflächenqualität erhöht ist. Es ergibt sich daraus wiederum eine Zeit- und Kostenersparnis durch weniger Werkzeugwechsel und Einrichtungsarbeiten.
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Aufgrund der Anordnung der Mehrzahl an ersten Schneiden und der mindestens einen zweiten Schneide ist das Fräswerkzeug eingerichtet, um mittels der Mehrzahl an ersten Schneiden primär eine erste zu der Bearbeitungsrichtung orthogonale Werkstückoberfläche zu bearbeiten und um mittels der mindestens einen zweiten Schneide primär eine zweite zu der Axialrichtung orthogonale Werkstückoberfläche zu bearbeiten. Insbesondere wird mittels des Fräswerkzeugs ein Werkstück plan gefräst, und mittels der mindestens einen zweiten Schneide wird die insbesondere plane Oberfläche des Werkstück während des Planfräsens bearbeitet und/oder fertiggestellt. Alternativ oder zusätzlich wird insbesondere mittels der mindestens einen zweiten Schneide eine Bodenfläche einer mittels des Fräswerkzeugs erzeugten Nut in dem Werkstück während des Einbringens der Nut, welches insbesondere primär mittels der Mehrzahl an ersten Schneiden erfolgt, bearbeitet und/oder fertiggestellt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Kompensations-Schneide der mindestens einen Kompensations-Schneide relativ zu dem Nominal-Flugkreis um einen ersten Rückversatz radial nach innen versetzt und auf einem ersten Kompensations-Flugkreis angeordnet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zweite Kompensations-Schneide der mindestens zwei Kompensations-Schneiden relativ zu dem Nominal-Flugkreis um einen zweiten Rückversatz radial nach innen versetzt und auf einem zweiten Kompensations-Flugkreis angeordnet ist. Der erste Rückversatz des ersten Kompensations-Flugkreises relativ zu dem Nominal-Flugkreis ist größer als der zweite Rückversatz des zweiten Kompensations-Flugkreises relativ zu dem Nominal-Flugkreis.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Schneiden jeweils paarweise einen Teilungswinkel einschließen, wobei die Teilungswinkel untereinander einen relativen Größenunterschied von höchstens 15 % aufweisen.
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Unter einem von zwei ersten Schneiden paarweise eingeschlossenen Teilungswinkel αi wird ein Winkel verstanden, den zwei in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarte erste Schneiden miteinander einschließen.
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In einer Ausgestaltung ist ein Soll-Teilungswinkel α vorbestimmt, wobei alle Teilungswinkel αi mindestens den Wert 0,925*α und höchstens den Wert 1,075*α aufweisen. Damit weisen die Teilungswinkel αi untereinander einen relativen Größenunterschied von höchstens 15 % in Bezug auf den Soll-Teilungswinkel α auf. Alternativ weisen alle Teilungswinkel αi höchstens den Wert 1,15*min(αi) auf. Damit weisen die Teilungswinkel αi untereinander einen relativen Größenunterschied von höchstens 15 % in Bezug auf einen minimalen Teilungswinkel auf. Alternativ weisen alle Teilungswinkel αi mindestens den Wert 0,85*max(αi) auf. Damit weisen die Teilungswinkel αi untereinander einen relativen Größenunterschied von höchstens 15 % in Bezug auf einen maximalen Teilungswinkel auf.
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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 jeweils eine Winkelposition für die Mehrzahl an ersten Schneiden und die mindestens eine zweite Schneide in Umfangsrichtung an dem Fräswerkzeug festgelegt wird. Zusätzlich wird der Nominal-Flugkreis der mindestens einen Nichtkompensations-Schneide festgelegt. Eine erste Kompensations-Schneide der mindestens einen Kompensations-Schneide wird relativ zu dem Nominal-Flugkreis um einen ersten Rückversatz radial zurückgesetzt. Der erste Rückversatz für die erste Kompensations-Schneide der mindestens einen Kompensations-Schneide wird bevorzugt abhängig von mindestens einem Parameter gewählt, der ausgewählt ist aus einer vorbestimmten Mehrbelastung der Kompensations-Schneiden und einem Zahnvorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Fräswerkzeug erläutert wurden.
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Insbesondere wird weiterhin eine Nominal-Position der ersten Schneiden, insbesondere der Schneidkanten der ersten Schneiden, entlang der Axialrichtung des Fräswerkzeugs festgelegt. Zusätzlich wird insbesondere ein Vorversatz der mindestens einen zweiten Schneide in der Axialrichtung des Fräswerkzeugs gegenüber der Nominal-Position in Richtung einer Bearbeitungs-Stirnseite festgelegt.
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Insbesondere werden weiterhin die mindestens eine Kompensations-Schneide und die mindestens eine Nichtkompensations-Schneide ermittelt und/oder festgelegt.
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Insbesondere wird mittels des Nominal-Flugkreises und des ersten Rückversatzes ein erster Kompensations-Flugkreis bestimmt.
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Insbesondere wird weiterhin für die mindestens eine zweite Schneide ein Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis derart festgelegt, dass der Oberflächenbearbeitungsflugkreis kleiner ist als der erste Kompensations-Flugkreis und der Nominal-Flugkreis.
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Insbesondere werden die Positionen der ersten Schneiden und der mindestens einen zweiten Schneide in Umfangsrichtung derart festgelegt, dass die mindestens eine zweite Schneide den ersten Schneiden, insbesondere der mindestens einen Kompensations-Schneide, voreilt.
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Insbesondere wird für die vorbestimmte Mehrbelastung q der Kompensations-Schneiden ein Wert von höchstens 20%, insbesondere höchstens 25%, insbesondere von höchstens 33%, insbesondere von höchstens 33,33%, insbesondere von höchstens 50%, ausgewählt.
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Insbesondere wird für den Zahnvorschub pro Umdrehung fz für das Fräswerkzeug ein Wert von mindestens 0,01 mm bis höchstens 0,5 mm, insbesondere von 0,1 mm, insbesondere von 0,111 mm, insbesondere von 0,125 mm, insbesondere von 0,139 mm, insbesondere von 0,15 mm, insbesondere von 0,153 mm, insbesondere von 0,167 mm, insbesondere von 0,181 mm, insbesondere von 0,194 mm, insbesondere von 0,200 mm, insbesondere von 0,222 mm, insbesondere von 0,236 mm, insbesondere von 0,25 mm, ausgewählt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zweite Kompensations-Schneide der mindestens zwei Kompensations-Schneiden relativ zu dem Nominal-Flugkreis um einen zweiten Rückversatz radial zurückgesetzt wird, wobei der erste Rückversatz größer ist als der zweite Rückversatz. Weiterhin wird der zweite Rückversatz für die zweite Kompensations-Schneiden bevorzugt abhängig von mindestens einem Parameter gewählt, der ausgewählt ist aus der vorbestimmten Mehrbelastung der Kompensations-Schneiden und einem Zahnvorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zunächst der Zahnvorschub pro Umdrehung für das Fräswerkzeug und die vorbestimmte Mehrbelastung der Kompensations-Schneiden festgelegt werden. Danach wird eine zerspanungstechnische Kompensation basierend auf dem Zahnvorschub und der vorbestimmten Mehrbelastung ermittelt. Basierend auf der zerspanungstechnischen Kompensation wird eine Anzahl an Kompensations-Schneiden ermittelt. Danach wird für jede Schneide der Anzahl an Kompensations-Schneiden jeweils ein Rückversatz bestimmt. Anschließend werden die Kompensations-Schneiden jeweils um den zugeordneten Rückversatz in Bezug auf den Nominal-Flugkreis radial nach innen versetzt.
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Insbesondere wird die zerspanungstechnische Kompensation K
zer mittels der Gleichung
aus der Mehrbelastung q der Kompensations-Schneiden und dem Zahnvorschub pro Umdrehung f
z berechnet.
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Insbesondere wird die Anzahl an Kompensations-Schneiden mittels der Gleichung
aus dem Zahnvorschub pro Umdrehung f
z, der zerspanungstechnischen Kompensation K
zer und einer fertigungstechnischen Mindestkompensation K
min berechnet. Insbesondere wird mittels des Minuenden in Gleichung (2) die Anzahl an ersten Schneiden bestimmt. Insbesondere wird der Subtrahend gleich 1 gewählt, da das Fräswerkzeug, insbesondere die Kompensationsgruppe, mindestens eine Nichtkompensations-Schneide aufweist.
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Insbesondere wird für die fertigungstechnische Mindestkompensation K
min ein Wert von höchstens 0,04 mm, insbesondere höchstens 0,05mm, insbesondere von höchstens 0,06 mm, insbesondere von höchstens 0,07 mm, insbesondere von höchstens 0,08 mm, insbesondere von höchstens 0,09 mm, insbesondere von höchstens 0,1 mm, ausgewählt. Vorzugsweise wird die fertigungstechnische Mindestkompensation K
min mittels der Gleichung
aus einer fertigungstechnischen Toleranz des Werkzeugs Twz und einer fertigungstechnischen Toleranz der Schneiden T
S berechnet.
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Insbesondere wird der jeweilige Rückversatz r
i für i=1 bis n
k mittels der Gleichung
aus dem Zahnvorschub pro Umdrehung f
z, der zerspanungstechnischen Kompensation K
zer und der fertigungstechnischen Mindestkompensation K
min berechnet.
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Insbesondere sind in Tabelle 1 die vorbestimmten und/oder berechneten Werte aus den Gleichungen (1) bis (4) für verschiedene Ausgestaltungen zusammengefasst, wobei alle Werte in den Spalten 3 bis 9 in der Einheit Millimeter angegeben sind. Tabelle 1: Übersicht über eine Mehrzahl an verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs mit berechneten Rückversätzen r
i.
| Fräswerkzeug Nr. | q | f z | K zer | K min | n k | r 1 | r 2 | r 3 |
| 1 | 25% | 0,2 | 0,05 | 0,04 | 3 | 0,15 | 0,1 | 0,05 |
| 2 | 33,33% | 0,15 | 0,05 | 0,04 | 2 | 0,1 | 0,05 | - |
| 3 | 33,33% | 0,2 | 0,06666 | 0,1 | 1 | 0,1 | - | - |
| 4 | 50% | 0,3 | 0,15 | 0,1 | 1 | 0,15 | - | - |
| 5 | 33% | 0,236 | 0,07788 | 0,1 | 1 | 0,136 | - | - |
| 6 | 33% | 0,222 | 0,07326 | 0,1 | 1 | 0,122 | - | - |
| 7 | 33% | 0,2 | 0,066 | 0,1 | 1 | 0,1 | - | - |
| 8 | 33% | 0,194 | 0,06402 | 0,1 | 1 | 0,094 | - | - |
| 9 | 33% | 0,181 | 0,05973 | 0,1 | 1 | 0,081 | - | - |
| 10 | 33% | 0,167 | 0,05511 | 0,1 | 1 | 0,067 | - | - |
| 11 | 33% | 0,153 | 0,05049 | 0,1 | 1 | 0,053 | - | - |
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fräswerkzeugs,
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Fräswerkzeugs,
- 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Fräswerkzeugs, und
- 4 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Auslegen des Fräswerkzeugs.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fräswerkzeugs 1. Das Fräswerkzeug 1 weist eine Mehrzahl an ersten Schneiden 3.1, insbesondere drei erste Schneiden 3.1, und mindestens eine insbesondere als Breitschlichtmesser ausgebildete zweite Schneide 3.2, insbesondere genau eine zweite Schneide 3.2, auf. Die Schneiden 3 sind in Umfangsrichtung 5 des Fräswerkzeugs 1 - der Pfeil bei 5 zeigt dessen bestimmungsgemäße Rotationsrichtung an - versetzt an dem Fräswerkzeug 1 angeordnet. Die Mehrzahl an ersten Schneiden 3.1 sind in Axialrichtung 7 des Fräswerkzeugs 1 an einer Nominal-Position 9 angeordnet. Die Mehrzahl an ersten Schneiden 3.1 umfasst eine Kompensationsgruppe 11 mit mindestens einer Kompensations-Schneide 13, insbesondere genau einer Kompensations-Schneide 13, und mindestens einer Nichtkompensations-Schneide 15. Der mindestens einen Nichtkompensations-Schneide 15 ist ein Nominal-Flugkreis 17.1 zugeordnet. Der mindestens einen Kompensations-Schneide 13 ist ein Kompensations-Flugkreis 17.2 zugeordnet, wobei der Nominal-Flugkreis 17.1 und der Kompensations-Flugkreis 17.2 verschieden sind. Die mindestens eine zweite Schneide 3.2 ist in Axialrichtung 7 des Fräswerkzeugs 1 um einen Vorversatz 19 gegenüber der Nominal-Position 9 in Richtung einer Bearbeitungs-Stirnseite 21 vorversetzt. Der mindestens einen zweiten Schneide 3.2 ist ein Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis 17.3 zugeordnet. Der Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis 17.3 ist kleiner als der Nominal-Flugkreis 17.1 und als der Kompensations-Flugkreis 17.2. Weiterhin eilt die mindestens eine zweite Schneide 3.2 der Mehrzahl an ersten Schneiden 3.1 in Umfangsrichtung 5 vor.
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Insbesondere ist mindestens einer ersten Schneide 3.1 der Mehrzahl an ersten Schneiden 3.1, die nicht der Kompensationsgruppe 11 zugeordnet ist, der Nominal-Flugkreis 17.1 zugeordnet.
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Insbesondere eilt mindestens eine auf dem Nominal-Flugkreis 17.1 angeordnete erste Schneide 3.1 der mindestens einen zweiten Schneide 3.2 insbesondere unmittelbar voraus.
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Weiterhin eilt insbesondere die mindestens eine Nichtkompensations-Schneide 15 der mindestens einen Kompensations-Schneide 13 unmittelbar nach.
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1 a) zeigt eine Sicht in Richtung einer z-Achse von unten auf die Bearbeitungs-Stirnseite 21 des ersten Ausführungsbeispiels des Fräswerkzeugs 1. Hierbei sind deutlich die verschiedenen Flugkreise 17 der Schneiden 3 zu sehen.
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Insbesondere ist die Kompensations-Schneide 13 relativ zu dem Nominal-Flugkreis 17.1 um einen ersten Rückversatz r1 radial nach innen versetzt und auf dem Kompensations-Flugkreis 17.2 angeordnet. Weiterhin ist die zweite Schneide 3.2 relativ zu dem Nominal-Flugkreis 17.1 um einen Oberflächenbearbeitungs-Rückversatz 23 radial nach innen versetzt und auf dem Oberflächenbearbeitungs-Flugkreis 17.3 angeordnet.
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Insbesondere schließen die ersten Schneiden 3.1 jeweils paarweise einen Teilungswinkel α ein, wobei die Teilungswinkel αi, insbesondere der erste Teilungswinkel α1 und der zweite Teilungswinkel α2, untereinander einen relativen Größenunterschied von höchstens 15 % aufweisen.
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1 b) zeigt eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Fräswerkzeugs 1. Hierbei ist deutlich die Nominal-Position 9 und der Vorversatz 19 der mindestens einen zweiten Schneide 3.2 zu sehen.
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Insbesondere ist die Mehrzahl an ersten Schneiden 3.1 zur Vorbearbeitung des Werkstücks 25 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise die mindestens eine zweite Schneide 3.2 zur Fertigbearbeitung des Werkstücks 25 ausgebildet. Insbesondere wird das Fräswerkzeug entlang einer Bearbeitungsrichtung 26 bewegt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Fräswerkzeugs 1.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 genau eine insbesondere als Breitschlichtmesser ausgebildete zweite Schneide 3.2 auf. Weiterhin weist das Fräswerkzeug 1 insbesondere sieben erste Schneiden 3.1 auf.
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Insbesondere weist die Kompensationsgruppe 11 zwei Kompensations-Schneiden 13, insbesondere eine erste Kompensations-Schneide 13' und eine zweite Kompensations-Schneide 13", auf. Den mindestens zwei Kompensations-Schneiden 13 sind verschiedene Kompensations-Flugkreise 17.2 zugeordnet, insbesondere ist der ersten Kompensations-Schneide 13' ein erster Kompensations-Flugkreis 17.2' und der zweiten Kompensations-Schneide 13" ein zweiter Kompensations-Flugkreis 17.2" zugeordnet. Zusätzlich sind die mindestens zwei Kompensations-Schneiden 13 einander unmittelbar benachbart angeordnet.
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Vorzugsweise ist die erste Kompensations-Schneide 13' relativ zu dem Nominal-Flugkreis 17.1 um einen ersten Rückversatz r1 radial nach innen versetzt und auf dem ersten Kompensations-Flugkreis 17.2' angeordnet. Weiterhin ist vorzugsweise die zweite Kompensations-Schneide 13" relativ zu dem Nominal-Flugkreis 17.1 um einen zweiten Rückversatz r2 radial nach innen versetzt und auf dem zweiten Kompensations-Flugkreis 17.2" angeordnet, wobei vorzugsweise der erste Rückversatz r1 größer ist als der zweite Rückversatz r2.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Fräswerkzeugs 1.
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Insbesondere weist das dritte Ausführungsbeispiel des Fräswerkzeugs 1 drei insbesondere als Breitschlichtmesser ausgebildete zweite Schneiden 3.2 auf. Zusätzlich weist das Fräswerkzeug 1 drei Kompensationsgruppen 11 mit jeweils mindestens einer Kompensationsschneide 13 und mindestens einer Nichtkompensationsschneide 15 auf.
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In Bezug auf die Anordnung der Schneiden 3 in der Axialrichtung 7 und einer Radialrichtung in einer x-y-Ebene sind alle drei Kompensationsgruppen 11 vorzugsweise identisch ausgebildet. Weiterhin ist jede zweite Schneide 3.2 der drei zweiten Schneiden 3.2 analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 oder dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 an dem Fräswerkzeug 1 angeordnet. Zusätzlich ist jede Kompensationsgruppe 11 der drei Kompensationsgruppen 11 analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 oder dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 an dem Fräswerkzeug 1 ausgebildet und angeordnet.
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Auslegen des Fräswerkzeugs 1.
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In einem ersten Schritt S1 wird jeweils eine Winkelposition für die Mehrzahl an ersten Schneiden 3.1 und die mindestens eine zweite Schneide 3.2 in Umfangsrichtung 5 an dem Fräswerkzeug 1 festgelegt.
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In einem zweiten Schritt S2 wird der Nominal-Flugkreis 17.1 der mindestens einen Nichtkompensations-Schneide 15 festgelegt.
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In einem dritten Schritt S3 wird die erste Kompensations-Schneide 13' der mindestens einen Kompensations-Schneide 13 relativ zu dem Nominal-Flugkreis 17.1 um den ersten Rückversatz r1 radial zurückgesetzt.
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Vorzugsweise wird der erste Rückversatz r1 für die erste Kompensations-Schneide 13' der mindestens einen Kompensations-Schneide 13 abhängig von mindestens einem Parameter gewählt, der ausgewählt ist aus einer vorbestimmten Mehrbelastung q der Kompensations-Schneiden 13 und einem Zahnvorschub pro Umdrehung fz für das Fräswerkzeug 1.
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Vorzugsweise wird in dem dritten Schritt S3 zusätzlich die zweite Kompensations-Schneide 13" der mindestens zwei Kompensations-Schneiden 13 relativ zu dem Nominal-Flugkreis 17.1 um den zweiten Rückversatz r2 radial zurückgesetzt, wobei der erste Rückversatz r1 größer ist als der zweite Rückversatz r2. Zusätzlich wird der zweite Rückversatz r2 für die zweite Kompensations-Schneide 13" bevorzugt abhängig von mindestens einem Parameter gewählt, der ausgewählt ist aus der vorbestimmten Mehrbelastung q der Kompensations-Schneiden 13 und dem Zahnvorschub pro Umdrehung fz für das Fräswerkzeug 1.
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Insbesondere wird in einem ersten dritten Schritt a) der Zahnvorschub pro Umdrehung fz für das Fräswerkzeug 1 und die vorbestimmte Mehrbelastung q der Kompensations-Schneiden 13 festgelegt. Anschließend wird in einem zweiten dritten Schritt b) eine zerspanungstechnische Kompensation Kzer basierend auf dem Zahnvorschub fz und der vorbestimmten Mehrbelastung q ermittelt, insbesondere mittels der Gleichung (1). Danach wird in einem dritten dritten Schritt c) basierend auf der zerspanungstechnischen Kompensation Kzer eine Anzahl nk an Kompensations-Schneiden 13 ermittelt, insbesondere mittels der Gleichung (2). Weiterhin wird in einem vierten dritten Schritt d) für jede Schneide 3 der Anzahl nk an Kompensations-Schneiden 13 jeweils ein Rückversatz ri bestimmt, insbesondere mittels der Gleichung (4). Danach werden in einem fünften dritten Schritt e) die Kompensations-Schneiden 13 jeweils um den zugeordneten Rückversatz ri in Bezug auf den Nominal-Flugkreis 17.1 radial nach innen versetzt.
