DE10344549B3 - Fräser - Google Patents

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/02Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/06Face-milling cutters, i.e. having only or primarily a substantially flat cutting surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C3/00Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
    • B23C3/02Milling surfaces of revolution
    • B23C3/04Milling surfaces of revolution while revolving the work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C5/00Milling-cutters
    • B23C5/16Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • B23C5/20Milling-cutters characterised by physical features other than shape with removable cutter bits or teeth or cutting inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23CMILLING
    • B23C2210/00Details of milling cutters
    • B23C2210/28Arrangement of teeth
    • B23C2210/285Cutting edges arranged at different diameters

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Fräser mit auswechselbaren Stirnschneiden (3) und Umfangsschneiden (4). DOLLAR A Die Stirn-Umfangsschneiden (4) sind so angeordnet, dass die Schneidenecken auf einem inneren Flugkreisdurchmesser angeordnet sind. Die Schneidenecken weisen in Richtung der Rotationsachse (R).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Fräser mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Fräser dieser Gattung sind im Allgemeinen bekannt. Die Schneiden können nach Verschleiß schnell ausgewechselt werden. Die Standzeiten derartiger Schneiden sind begrenzt durch die Wahl des Materials und des zu bearbeitenden Werkstückes. Bedingt durch die Anordnung der Schneidecken erfolgt bei bekannten Fräsern eine Bearbeitung von zylindrischen Flächen von Werkstücken bisher so, dass die spanenden Bearbeitung vom Außenumfang des Fräsers in Richtung seiner Rotationsachse erfolgt. Dieser sogenannte Außenanschnitt hat zur Folge, dass die Schneiden beim Schneideintritt schlagartig mit hoher Kraft in das Werkstück eintreten. Der Fräser neigt dann zu Vibrationen und zu einer großen Auslenkkraft, die sogar zur Zerstörung der Schneiden führen kann.
  • Um dieses Problem zu beheben ist es bekannt, die Schneidenkanten der Schneiden schraubenförmig und mit einem Drallwinkel größer 20° auszubilden. In der CH 686235 A5 ist eine solche Maßnahme offenbart.
  • Maßnahmen die darauf abzielen, sowohl die Schneidenkanten als auch Schneidenecken zu schützen, können dieser Schrift nicht entnommen werden.
  • Der DE 19516946 A1 ist ein Fräswerkzeug zu entnehmen, bei welchem aber ebenfalls eine Bearbeitung von zylindrischen Flächen von Werkstücken vom Außenumfang des Fräsers in Richtung seiner Rotationsachse erfolgt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fräser zu schaffen bei dem Schneidenausbrüche vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Fräser mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert, dabei zeigt:
  • 1 Ansicht auf einen herkömmlichen Fräser
  • 2 Draufsicht auf einen herkömmlichen Fräser im Schneidprozess
  • 3 Schnittfläche mit Begrenzungslinien bei einem Werkstück nach dem Schneidprozess gemäß 2
  • 4 Gesamtschnittkraftverlauf eines herkömmlichen Fräsers
  • 5 Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Fräser
  • 6 Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Fräser im Schneidprozess
  • 7 Schnittfläche mit Begrenzungslinien bei einem Werkstück nach dem Schneidprozess gemäß 6
  • 8 Gesamtschnittkraftverlauf eines erfindungsgemäßen Fräsers
  • In der 1 ist ein herkömmlicher Fräser 2' zum Bearbeiten von zylindrischen Werkstückflächen dargestellt. Das Werkstück 1 ist um eine in Längsrichtung der Werkstückachse liegende Spindelachse S drehend antreibbar gespannt (2). Die Bearbeitung der Werkstückfläche erfolgt über den Fräser 2', wobei die Rotationsachse R des Fräsers 2' quer zur Spindelachse S angeordnet ist. Diese Art des Fräsens wird als exzentrisches orthogonales Drehfräsen bezeichnet.
  • Zum Außendrehfräsen von Werkstücken wird in der Regel ein exzentrisches orthogonales Drehfräsverfahren eingesetzt. Hierbei wird das Werkstück 1 in einem oder mehreren Umläufen mit einem Fräser 2' bearbeitet, der unterschiedliche Schneiden aufweist. Es werden, wie in der 1 dargestellt, Stirnschneiden 3 und Umfangsschneiden 4 eingesetzt um für das Außendrehfräsen typische Umfangs- und Stirnschnittzerspanung verrichten zu können. Wie allgemein üblich, dreht sich das Werkstück 1 gegenüber dem Fräser 2' um seine Spindelachse S. Das Werkstück 1 wird von außen relativ dem rotierenden Fräser 2' zugeführt (Außenanschnitt).
  • An den Schneiden bildet sich ein Zweiflankenspan aus. Dieser Span entsteht, in Abhängigkeit vom Werkzeugdrehwinkel an der Umfangs- 4 und/oder Stirnschneide 3. Beim Ein- und Austritt des Fräsers 2' in oder aus dem Werkstück 1 liegt ein Umfangsspan vor.
  • In der Werkstückmitte bildet sich weitgehend ein Stirnspan aus.
  • Zur Erzeugung einer erforderlichen zylindrischen Oberfläche muss die Fräsermittenachse FA gegenüber der Werkstückmittenachse WA einen bestimmten Betrag versetzt werden (Exzentrizität).
  • Beim Eintritt der Schneiden in das Material des Werkstückes 1 trifft hierbei die Schneidenecke 5', 6' bzw. der eckennahe Bereich der Stirnschneide 3 und der Umfangsschneide 4 mit maximalem Zerspanungsquerschnitt auf das Werkstück 1 auf.
  • Ebenso verlassen die Schneiden mit maximalem Zerspanungsquerschnitt das Werkstück 1. Die Dauerbeanspruchung der Schneidenecken 5', 6' ist hierbei so hoch, dass vorzeitig vor dem normalen Schneidenverschleiß die Schneidenecken 5', 6' ausbrechen.
  • Um dieses zu vermeiden kann man beim Planfräsen die Position des Fräsers 2' so einstellen, dass ein tangentialer Schneidenein- und austritt erzeugt wird. Diese Mittenverstellung beim Drehfräsen von zylindrischen Werkstücken führt wie in der 3 dargestellt zu einer Schnittfläche 7' bei der die Begrenzungslinien 8', 9' so ausgebildet sind, dass keine zylindrische Oberfläche im Ein- und Austrittsbereich der Schneiden erzeugt wird. Dieses ist dadurch zu erklären, dass der Zylinderschnittbereich sich entsprechend der Mittenverstellung mitverschiebt. Es bilden sich Ein- und Auslaufradien.
  • Eine weitere ungünstige Charakteristik des exzentrischen Außendrehfräsens mit Außenanschnitt ist der verfahrensbedingte Zerspanungsvolumenanteil von Umfangsschneide 4 und Stirnschneide 3 in Abhängigkeit von der Werkstücklänge. Am Anfang (Schneideneintritt) und Ende (Schneidenaustritt) liegt ausschließlich Umfangsschneidenzerspanungsvolumen vor, welches sich bis zur Werkstückmitte zugunsten des Stirnschnittzerspanungsvolumens verringert. Der keilförmige Stirnschneidenspan ist gekennzeichnet durch eine relativ große Spanungsbreite und eine kleine Mittenspanhöhe.
  • Bei kleinen Spanungsdicken treten größere spezifische Schnittkräfte auf. Damit resultieren aus der Stirnschneidenzerspanung im Vergleich zu der Umfangsschneidenzerspanung, deutlich höhere Zerspanungskräfte.
  • Am Schneideneintritt 11 und beim Schneidenaustritt 12 ist der Anteil der Umfangsschnittkraft hoch und der Anteil der Stirnschnittkraft klein. Über die Länge des zu bearbeitenden Werkstückes ändern sich die Verhältnisse. Die Linie 10' in der 4 zeigt den Gesamtschnittkraftverlauf.
  • Bedingt durch den in der Werkstückmitte M (über die Einspannlänge gesehen) maximal ansteigenden Gesamtschnittkraftverlauf (Linie 10), stellen sich Formfehler an der gefrästen Oberfläche der Werkstücke 1 ein, wie z.B eine Tonnenform. Neben dem bekannten Effekt der Tonnenform bedingt durch die axiale Einspannung des Werkstückes überlagert sich nun noch die Tonnenform hervorgerufen durch die ungleichförmige Schnittkraftverteilung.
  • Die 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Fräser 2.
  • Die Stirnschneiden 3 und Umfangsschneiden 4 sind so angeordnet, dass die Schneidenecken 5, 6 auf einem inneren Flugkreisdurchmesser FI liegen 7. Zur Bearbeitung des Werkstückes 1 wird das Werkstück 1, vom inneren Flugkreisdurchmesser beginnend, den Schneiden zugeführt, 6.
  • Mit dem Fräser 2 ist somit ein Innenanschnitt im Gegensatz zum bisherigen Außenanschnitt erzeugt.
  • Beim erfindungsgemäßen Innenanschnitt stellt sich gegenüber dem üblichen Verfahren mit Außenanschnitt ein grundlegend andersartiger Schnittverlauf ein. In der 7 ist die Schnittfläche 7 dargestellt. Der Ein- und Austrittsbereich erstreckt sich über einen Fräserdrehwinkelbereich, und zwar vom Erstkontakt der Schneiden bis zum gesamten vollständigen Zerspanungsquerschnitt. Die Schneiden treffen nicht zuerst mit ihren Schneidenecken 5, 6 auf das Werkstück 1 auf. Die Schneiden durchlaufen einen Winkelbereich, in dem der Zerspanungsquerschnitt kontinuierlich größer wird. Dieser weiche Ein- und Austritt belastet die Schneiden nicht so plötzlich und schlagartig wie beim üblichen Drehfräsen mit Außenanschnitt ( 3) wo die Schneidenecken 5, 6 schlagartig – bei vollem Zerspanungsquerschnitt – auf das Werkstück 1 treffen.
  • Der Fräser 2 mit den Schneiden ist geometrisch so konzipiert, dass beim Erstkontakt der Schneiden nicht die empfindlichen Schneidenecken 5, 6 von Umfangsschneiden 4 und Stirnschneiden 3 auf das Werkstück 1 treffen, sondern lediglich die robusteren Kanten 13 der Stirnschneiden 3.
  • Der Zerspanungsvolumenanteil von Stirn- und Umfangsschneiden 3, 4, in Abhängigkeit von der Werkstücklänge, hat eine völlig andere Aufteilung. Am Anfang und am Ende des Werkstückes 1 liegt ein Stirnschneidenspan und etwa in der Werkstückmitte ein Umfangsschneidenspan vor. Im Gegensatz hierzu sind die Verhältnisse beim üblichen Außendrehfräsen mit Außenanschnitt umgekehrt. Dementsprechend stellt sich damit auch eine veränderte Zerspanungskraftverteilung ein, siehe 8.
  • Am Schneideneintritt 11 und beim Schneidenaustritt 12 ist der Anteil der Umfangsschnittkraft gar nicht vorhanden, der Stirnschneidenanteil wächst langsam an bis zu einem Punkt 15 an dem auch die Umfangschneiden 4 eingreifen. Nun übernehmen die Umfangsschneiden 4 den Materialabtrag, die Umfangs- und Stirnschnittkraft steigt an bis zum Punkt 16 (8) von dem der Zylinderschnitt erzeugt wird, Begrenzungslinie 8, 7. Die Linie 10 in der 8 zeigt den Gesamtschnittkraftverlauf.
  • Der Gesamtschnittkraftverlauf von Umfangs- und Stirnschneiden 4, 3 bildet eine Wannenform mit einem Minimum in der Werkstückmitte M. Entsprechend dieses Kräfteverlaufs werden die Schneiden 3, 4 belastet und es stellen sich relative Verlagerungen zwischen Fräser 2 und Werkstück 1 ein. Im günstigsten Fall kann die durch die axiale Einspannung hervorgerufene bekannte Tonnenform, bei rohrförmigen Werkstücken, durch den – Wanneneffekt – kompensiert werden.
  • Beim Drehfräsen mit Innenanschnitt sind durch die veränderten Schnittbedingungen die Schneidenecken 5, 6 zum einen deutlich geringer belastet, zum anderen wirkt sich ein Schneideneckenbruch nicht qualitätsmindernd aus, da eine gebrochene Schneidenecke 5, 6 nicht im maßbestimmenden Ein- und Austrittsbereich auftrifft (Zylinderschnittlinie 8, 7).

Claims (3)

  1. Fräser mit mehreren auswechselbaren Schneiden, wobei der Fräser (2) für die spanende Bearbeitung einer zylindrischen Fläche eines Werkstücks (1) um eine, Rotationsachse (R) drehantreibbar ist, wobei zur spanenden Bearbeitung die Werkstücke (1) um eine in. Längsrichtung der Werkstückachse liegende Spindelachse (S) drehbar gelagert sind und die Rotationsachse (R) des Fräsers (2) quer zur Spindelachse (S) verläuft, und dass mindestens eine erste Schneide als Stirnschneide (3) mit einer Schneidenecke (5) und einer Schneidenkante (13) und eine zweite Schneide als Umfangsschneide (4) mit einer Schneidenecke (6) und einer Schneidenkante (14) vorgesehen sind, wobei die Schneidenecken (5, 6) von Stirnschneide (3) und Umfangsschneide (4) nach Innen in Richtung zur Rotationsachse (R) weisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenecken (5,6) von Stirnschneide (3) und Umfangsschneide (4) auf einem gemeinsamen Flugkreisdurchmesser (FI) liegen um eine spanende Bearbeitung des Werkstücks (1) mit einem Innenanschnitt von der Rotationsachse (R) in Richtung zum Aussenumfang des Fräsers (2) durchzuführen.
  2. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenkante (13) der Stirnschneide (3) und die Schneidenkante (14) der Umfangsschneide (4) unterschiedliche Längen aufweisen.
  3. Fräser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Schneidenkante (14) der Umfangsschneide (4) kürzer ist als die Länge der Schneidenkante (13) der Stirnschneide (3).
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