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Technisches Gebiet
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Gegenstand der Erfindung ist ein Fräswerkzeug, das einen Werkzeugkörper, einen Schaftabschnitt und Schneidkanten bzw. schneidende Kanten zum Bearbeiten bzw. spanenden Bearbeiten eines Werkstückes aufweist, wobei die Schneidkanten auf dem Werkzeugkörper angeordnet sind.
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Technischer Hintergrund
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Fräswerkzeuge sind Geräte, die für gewöhnlich in der Bearbeitungstechnologie zum Entfernen von Material von Werkstücken angewandt werden.
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1 illustriert den Betrieb eines herkömmlichen Fräswerkzeugs vom Schafttyp. Das Werkzeug dreht sich um seine eigene Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit ω und bewegt sich vorwärts mit einer Momentangeschwindigkeit bzw. instantanen Geschwindigkeit v relativ zu dem Werkstück. Das Werkzeug S hat Schneidkanten, die entweder parallel zur Symmetrieachse des Werkzeugs S oder entlang einer helixförmigen Linie, die koaxial zur Symmetrieachse gelegen ist, angeordnet sind. Diese Schneidkanten sind periphere Kanten 1 des Werkzeugs S. Der Steigungswinkel (der Winkel zwischen der Tangente an die Kantenlinie und der Hauptachse des Werkzeugs) einer helixförmig angeordneten Kante kann sein:
- a./ konstant (Helix mit konstantem Steigungswinkel)
- b./ variabel (Helix mit variablem Steigungswinkel)
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Varianten a./ und b./ können miteinander auf unterschiedliche Arten in tatsächlichen Ausführungen kombiniert werden.
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Zum Beispiel haben im Fall eines Werkzeugs mit sechs Kanten Kantenpaare, die auseinander gegenüberliegende Kanten mit Nummer 1 und 4 bzw. 2 und 5 bzw. 3 und 6 bestehen, konstante Steigungswinkel von 60°, 55° und 65°. Gemäß einer anderen möglichen Ausführung mit sechs Kanten haben einander gegenüberliegende Kanten 1 und 4 einen konstanten Steigungswinkel von 60°, wohingegen Kanten 2 und 5 einen variablen Steigungswinkel aufweisen, der linear von 65° bis 55° abnimmt.
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Schneidkanten, die auf der vorderen Fläche bzw. vorderen Oberfläche bzw. Vorderfläche des Werkzeugs angeordnet sind, sind die Vorderkanten 2 des Werkzeugs. Eckkanten des Werkzeugs S sind an dem Schnittpunkt der peripheren Kanten 1 und Vorderkanten 2 ausgebildet. Herkömmliche Eckkantenanordnungen sind in 3a–3d dargestellt.
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Diese typischen Eckkantenanordnungen sind wie folgt:
- a./ scharfe Eckkante
- b./ einfach abgefaste Eckkante
- c./ mehrfache abgefaste Eckkante
- d./ abgerundete Eckkante
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Eine gemeinsame Eigenschaft herkömmlicher Eckkantenanordnungen ist, dass alle Eckkanten 3 des Werkzeugs S eine identische geometrische Anordnung (a./, b./, c./, d.) aufweisen.
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Betriebsparameter – so wie die Schneidtiefe, Schneidgeschwindigkeit, Zuführrate – sowie die Lebensdauer des Werkzeugs werden in großem Maße von der geometrischen Anordnung der Eckkanten beeinflusst.
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In dem Fall, dass das Werkzeug S keine spanbrechenden Rillen bzw. Nuten 4 auf seinen Schneidkanten aufweist, entfernt jede Schneidkante ein Spanelement, das eine Breite B und Dicke H, wie es in 4a dargestellt wird, aufweist.
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Herkömmliche Fräswerkzeuge S beinhalten oft so genannte spanbrechenden Nuten 4. Spanbrechende Nuten werden hergestellt, indem eine Mehrzahl von Nuten 4, die eine Breite d aufweisen, auf Schneidkanten des Werkzeugs ausgebildet wird, so dass es eine axiale Entfernung L zwischen Nuten gibt und so dass Nuten, die auf benachbarten Kanten angeordnet sind, in Axialrichtung relativ zueinander um eine Entfernung L/2 verschoben sind. Dadurch haben, wie es in 4b dargestellt wird, Spanelemente, die von einzelnen Kanten entfernt bzw. abgehoben worden sind, eine maximale Breite L–d, was vorteilhaft ist, was Bedienbarkeit und Werkzeugbelastung betrifft.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Fräswerkzeug zur Verfügung zu stellen, das eine längere Lebensdauer und bessere Benutzbarkeit (unter den selben Betriebsbedingungen) als herkömmlich angeordnete Fräswerkzeuge hat und/oder Bearbeitungsvorgänge durchführen kann, die höheren technologischen Anforderungen genügen.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Konfiguration der Eckkanten des Werkzeugs in kritischer Weise die Lebensdauer und andere technologische Parameter beeinflusst.
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Das erfindungsgemäße Fraswerkzeug hat einen Werkzeugkörper, einen Schaftabschnitt und Schneidkanten, die zum Bearbeiten eines Werkstückes angepasst sind, wobei die Schneidkanten auf dem Werkzeugkörper oder auf Einsetzplatten, die auf dem Werkzeugkörper angebracht sind, angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Eckkanten des Werkzeugs, die an der Anschlussstelle bzw. dem Kreuzungspunkt der peripheren Kanten und Vorderkanten ausgebildet sind, so angeordnet sind, dass die Eckkanten benachbarter bzw. beieinander liegender Schneidkanten unterschiedliche geometrische Anordnungen aufweisen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs hat eine Konfiguration vom Schafttyp oder Scheibentyp.
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Eine andere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs hat schneidende Einsetzplatten, wobei die Eckkanten jeder Einsetzplatte durch aneinander angrenzende Abschnitte einer unterschiedlichen geometrischen Anordnungen gebildet wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs hat solch eine geometrische Anordnung, bei der das Werkzeug eine gerade Anzahl (2, 4, ..., 2n) Kanten aufweist, wobei die ungeraden Kanten (1, 3, 2n-1) eine abgerundete Konfiguration und die geraden Kanten (2, 4, ..., 2n) eine abgeschrägte bzw. abgefaste Konfiguration aufweisen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine vorbekannte Ausführung eines Fräswerkzeugs sowie bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs werden im Detail unter Bezug auf die angehängten Zeichnungen erklärt, wobei
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1 ein herkömmliches, vorbekanntes Fräswerkzeug vom Schafttyp in Betriebsposition zeigt,
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2 die Kanten eines vorbekannten Fräswerkzeugs zeigt,
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3a–3d vorbekannte Eckkantenkonfigurationen darstellt,
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4a die Seitenansicht eines vorbekannten Fräswerkzeugs ohne spanbrechende Nuten zeigt,
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4b die Seitenansicht eines vorbekannten Fräswerkzeugs zeigt, das spanbrechende Nuten umfasst,
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5 die schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs zeigt,
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6 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs darstellt, das zum Herstellen einer abgeschrägten Kante angepasst ist,
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7 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs darstellt, das zum Herstellen einer gekrümmten Ecke angepasst ist,
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8 die Geometrie des Materialentfernungsvorgangs des Fräswerkzeugs der 6 darstellt, und
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9 die Geometrie des Materialentfernungsvorgangs des Fräswerkzeugs der 7 zeigt.
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Beste Weise zur Durchführung der Erfindung
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1–4 stellen die geometrische Anordnung verschiedener vorbekannter Fräswerkzeuge dar, die im Detail oben in dem Abschnitt, in dem der Stand der Technik für das erfindungsgemäße Fräswerkzeug beschrieben wird, vorgestellt wurden.
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5 ist die schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs vom Schafttyp und stellt die Konfiguration der peripheren Kanten 1, Vorderkanten 2, Eckkanten 3 und der spanbrechenden Nut 7 dar.
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Der Bereich des Werkzeugs S, der mit dem höchsten Stress bzw. der höchsten mechanischen Spannung beaufschlagt wird, ist die Eckkante 3.
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6 zeigt die Geometrie einer Eckkante 3, die eine Ecke mit abgeschrägter Kante bzw. abgefaste Ecke bearbeitet, wobei die Vorderkante 3 aus einem ersten Kantenabschnitt, Beinen 9, 10 eines rechtwinkligen Dreiecks und einem angrenzenden gekrümmten Kantenabschnitt besteht, der einen Radius R aufweist.
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Dadurch wird die Kante im Wesentlichen in einem einzigen Schritt ausgebildet.
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7 stellt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs dar, die zum Bearbeiten abgerundeter Eckabschnitte anwendbar ist. Hier besteht der erste Abschnitt der Vorderkante 3 aus einem Hypotenusenabschnitt 11, der die Beine 12, 13 eines rechtwinkligen Dreiecks, das einen Winkel α aufweist, und einen angrenzenden gekrümmten Abschnitt, der einen Radius R aufweist, verbindet.
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Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist, dass das Spanabheben bzw. Spanbrechen an den Eckkanten 3 des Werkzeugs S dadurch erreicht wird, dass benachbarte Eckkanten 3 so konfiguriert werden, dass sie unterschiedliche geometrische Anordnungen aufweisen.
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8 zeigt Spanquerschnittsformen von Spänen, die von dem Fräswerkzeug geschnitten bzw. ausgeschnitten wurden, das unterschiedliche Geometrien für die Eckkanten 3 auf benachbarten Schneidkanten wie in 6 dargestellt aufweist. Querschnitte werden als Funktion der Spandicke H in Zeichnungen 1–4 gezeigt, während die Schneidkante, die eine abgeschrägte bzw. abgefaste Eckkantengeometrie aufweist, sich auf einem Oberflächenabschnitt voranbewegt, der von einer Schneidkante, die eine abgeschrägte Eckkantengeometrie aufweist, bearbeitet wird.
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9 zeigt Spanquerschnittsformen von Spänen, die von dem Fräswerkzeug geschnitten bzw. ausgeschnitten wurden, das unterschiedliche Geometrien für die Eckkanten 3 auf benachbarten Schneidkanten wie in 7 dargestellt aufweist. Querschnitte werden als Funktion der Spandicke H in Zeichnungen 1–4 gezeigt, während die Schneidkante, die eine abgerundete Eckkantengeometrie aufweist, sich auf einem Oberflächenabschnitt voranbewegt, der von einer Schneidkante, die eine abgeschrägte Eckkantengeometrie aufweist, bearbeitet wird.
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Eckkanten 3 des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs können geometrische Anordnungen aufweisen, die sich von der oben beschriebenen Geometrie unterscheiden, vorausgesetzt, dass benachbarte Schneidkanten unterschiedliche – so wie abgerundete oder mehrfache abgeschrägte Eckkantengeometrien – haben. Abgeschrägte bzw. abgefraste Abschnitte können die Form bzw. Gestalt aufweisen, die von parabolischen oder irgendwelchen anderen Funktionen beschrieben werden.
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Ferner kann ein ebenes Fräsen bzw. Ebenenfräsen in einem einzigen Schritt durchgeführt werden, um eine qualitativ gut bearbeitete Oberfläche bereitzustellen, die keiner Endbearbeitung bedarf, indem man Eckkanten mit anderen geometrischen Anordnungen anwendet.
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Bezugszeichenliste
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- S
- Werkzeug
- M
- Werkstück
- v
- Momentangeschwindigkeit
- ω
- Winkelgeschwindigkeit
- 1
- periphere Kante
- 2
- Vorderkante
- 3
- Eckkante
- 4
- Nut
- 5
- Schaftabschnitt
- 6
- periphere Fläche bzw. periphere Oberfläche
- 7
- Nut
- 8
- Bein
- 9
- Bein
- 10
- Bein
- 11
- Hypotenuse
- 12
- Bein
- 13
- Bein
- 14
- Spanbreite
- H
- Spandicke
- D
- Nutbreite
- L
- axialer Nutabstand
- A
- Schrägflächenwinkel bzw. Winkel der Abschrägung bzw. Abfasungswinkel
