DE3785582T2

DE3785582T2 - Schaftfraeser mit wendeschneidplatten.

Info

Publication number: DE3785582T2
Application number: DE8787117827T
Authority: DE
Inventors: Daniel R Stashko
Original assignee: GTE Valeron Corp
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1987-07-09
Filing date: 1987-12-02
Publication date: 1993-07-29
Anticipated expiration: 2007-12-03
Also published as: JPS6420911A; DE3785582D1; US4812087A; EP0298154A1; EP0298154B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf einen Schaftfräser mit einer Mehrzahl von gekrümmten Wendeschneideinsätzen, und bezieht sich im besonderen auf eine neuartige Einrichtung zum Befestigen der Einsätze.

Hintergrund der Erfindung:

Ein Schaftfräser ist ein Schneidwerkzeug, das einen zylindrischen Körperaufbau aufweist, der einen Schaftabschnitt und einen Schneidenabschnitt aufweist. Der Schneidenabschnitt enthält eine Mehrzahl von schraubenförmig angeordneten Zähnen oder Hochkant-Schneideinsätzen, die sich von dem Schaftende bis zu dem gegenüberliegenden, freien Ende des Werkzeuges erstreckt, das, wenn es gedreht und in Kontakt mit einem Werkstück gebracht wird, Metall von dem Werkstück abtrennen kann.
Die Probleme, die bei der Verwendung eines solchen herkömmlichen Schaftfräsers innewohnen, offenbaren sich selbst in einem übermäßigen Verschleiß und in einem relativ mangelhaften Schneidvorgang, oder in beiden, des Schnittwerkzeuges, hinsichtlich der Tatsache, daß die gesamte Länge einer Schneidkante auf das Werkstück zur gleichen Zeit aufgebracht werden kann. Außerdem werden Späne kontinuierlich in dem Arbeitsbereich erzeugt, die, wenn sie nicht genügend von dem Arbeitsbereich entfernt werden, eine übermäßige Kraft erfordern, die auf das Werkstück aufgebracht werden muß, um das Fräsen zu bewirken, was ebenfalls einen verstärkten Verschleiß der Schneidkanten hervorruft. Es wurden viele Versuche gemacht, um den Schneidvorgang zu verbessern und den Verschleiß bei solchen Werkzeugen zu vermindern.
Wenn z.B. ein Schaftfräser an seinen Schneidkanten mit einem neutralen (Null) axialen Spanwinkel versehen ist, kann er sich durch das Metall hindurchbewegen unter Zurücklassen einer annehmbaren zylindrischen Wand. Mit einem axialen Spanwinkel der Schneidkante ist der Winkel gemeint, der durch Erstrecken der Schneidkante dargestellt wird, bis er mit der Längsachse des Werkzeuges zusammentrifft. Wenn der Winkel kleiner als 90º ist, betrachtet man diesen als einen positiven axialen Spanwinkel, während, wenn dieser Winkel 0º ist, oder wenn die Kante parallel zur Achse verläuft, ist der axiale Spanwinkel neutral. Es gibt gewisse Nachteile bei herkömmlichen Fräsern mit einem neutralen (Null) axialen Spanwihkel. Die Späne, die von dem Werkstück abgetrennt werden, werden nicht ohne weiteres abgeleitet und neigen dazu, das Werkzeug abzustumpfen, da sie in die Nut oder den Schlitz der gefräst wird, zurückgezogen werden. Somit ist es in den meisten Fällen wünschenswert, einen Zerspanungsvorgang zu haben, der mit einem positiven axialen Spanwinkel erzielbar ist. Das Fräsen mit einem positiven axialen Spanwinkel führt dazu, die Späne nach oben und weg von der Schnittfläche zu bewegen, und die außerordentliche Beschaffenheit des Fräsens mit einem positiven Spanwinkel sorgt für einen gleichmäßigeren Zerspanungsvorgang und eine verlängerte Standzeit. Zusätzlich zur Steigerung der Spanabnahme kann bei Verwendung eines axialen Spanwinkels bei einem Schaftfräser ein übermäßiger Verschleiß und sein Einfluß auf einen relativ mangelhaften Zerspanungsvorgang umfassend dahingehend reduziert werden, daß ausgeschlossen wird, daß die gesamte Länge der Schneidkante nicht zur gleichen Zeit auf das Werkstück aufgebracht wird, sondern in einer fortschreitenden Fräs- oder Abscherstufe.
Wenn außerdem die angreifende Schneidkante nicht nur an einem positiven axialen Spanwinkel sondern auch einem positiven radialen (d.h. doppelpositiven) Spanwinkel angeordnet ist, wird die Schneidkante relativ scharf beibehalten und weniger Kraft ist erforderlich, um das Werkstück zu spanen verglichen mit dem Fall, wenn die Kante mit einem negativen radialen Spanwinkel angeordnet ist und somit relativ abgestumpft ist, wenn sie auf das Metall auftrifft. Mit einem positiven radialen Spanwinkel ist der Winkel gemeint, der durch eine Verlängerung der Spanfläche an der Schneidkante und eine radiale Linie dargestellt wird, der durch die Schneidkante in einer Ebene hindurchtritt, die senkrecht zur Längsachse des Werkzeuges steht und die kleiner als 180º ist. Somit ist ein Hochkant-Einsatz für ein Schneidwerkzeug, das Schneidkanten aufweist, die angepaßt sind mit doppelt positiven Spanwinkeln zu spanen dahingehend vorteilhaft, daß die angreifende Schneidkante das Werkstück mit einer relativ geringen Kraft spanen kann, jedoch vergleichsweise hohen Kräften gegenüber einem Bruch widerstehen kann. Außerdem ist die Spanabnahme stark erhöht, wodurch ein Rattern und ein Schwingen des Werkstückes, wenn es Metall vom Werkstück ableitet, minimiert wird. Diese Nachteile werden mit einem schraubenförinigen Schaftfräser, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, überwunden.
Während beim Vorsehen eines Schaftfräsers mit Hochkanteinsätzen, die sowohl einen positiven axialen als auch radialen Spanwinkel aufweisen, das Zerspanen eines metallenen Werkstückes erhöht wird, habe ich herausgefunden, daß der Zerspanungsvorgang außerdem durch Vorsehen von Schneideinsätzen verbessert werden kann, die wendbar zu vorliegenden abgerundeten Schneidkanten des Werkstückes ausgebildet sind. Hauptsächlich ist der unterste Schneideinsatz zum anfänglichen Kontakt mit dem Werkstück vorzugsweise in der Form eines Rhomboiden ausgebildet und ist mit gegenüberliegenden, gleichförmig gekrümmten schneidkanten versehen, deren radialer Mittelpunkt unter dem Mittelpunkt des Einsatzes selbst befindlich ist, was beim Spanen bewirkt, daß ein Span, der vom Werkstück abgetrennt wird, nach oben und weg vom Werkstück während der Schnittbewegung gezogen wird sowie wegwärts vom Werkstück gezogen wird wegen seines axialen Spanwinkels. Die gekrümmte Schneidkante des Rhomboideinsatzes kann als ein Bogen definiert werden, der einen Null- oder neutralen bis positiven radialen Spanwinkel darstellt, wobei der größte Teil seiner Schneidkante in Kontakt mit dem Metallwerkstück ist, wenn er durch das Werkstück hindurchschneidet. Die abgerundete Kante erhöht beträchtlich die Verschleißfestigkeit und die Standzeit, bevor der Einsatz wegen seines fortschreitenden (Scher-)Zerspanungsvorgangs zu wenden ist, verglichen mit einer geraden Schneidkante, die durchweg mit dem Werkstück in Kontakt ist und, wie angegeben ist, dient die gekrümmte Kante dazu, die Späne vom Werkstück weg in eine geeignete schraubenförinige "Spannut" oder einen geeigneten Schlitz angrenzend an die Schneidkante sehr viel leichter wegzuziehen, wo sie von dem Werkstück weggeleitet werden können. Außerdem läuft das Werkzeug viel ruhiger wegen der Scherwirkung, die durch die "abgerundete" Kante erzeugt wird, da es fortschreitend in das Werkstück eintritt, verglichen mit einem Einsatz mit einer "geraden" Schneidkante, die für einen gleichzeitigen Zerspanungsvorgang entlang des gesamten Werkstückes und der Schneidkante sorgt. Schließlich hat der Einsatz einen Anschnitt an dem Ende der Krümmung oder des Bogens, woraus wegen des Radius eine Ecke mit einer hohen Festigkeit resultiert. Die Werkzeuggestaltung ergibt somit ein sehr widerstandsfähiges Werkzeug, das stark widerstandsfähig gegenüber Ausbrechen, einer Wärmerißbildung oder einer Spanadhäsion ist.
Die Einsätze können auf einer 20º-Schraubenlinie angebracht sein, woraus sich ein ausgezeichneter Spanausstoß in eine angrenzende Spannut ergibt.
Der Rhomboideinsatz kann in Komoination mit einer Mehrzahl von runden oder kreisförmigen Wendeeinsätzen verwendet werden, die sehr ökonomisch sind, da sie gewendet werden können, um eine Mehrzahl von Schneidkanten darzustellen, da der Einsatz in Kombination mit den Rhomboideinsätzen, die eine längere Lebensdauer haben und verwendet werden, um ein Anfangsschneiden und den Eintritt des Werkstückes an dem Bodenende des Werkstücks zu bewirken, verschleißt. Wie der Rhomboideinsatz, können die runden Einsätze mit einem neutralen oder Nullradialwinkel am höchsten Scnneidenpunkt versehen werden, und können aber mit einem positiven radialen Spanwinkel unterhalb dieses Punktes versehen werden, um so die Wirkung des Rhomboideinsatzes beim Bewirken eines Fräsens mit einem positiven Radialwinkel zu simulieren, während die abgerundeten oder bogenförmige Schneidkante ebenso zum Ausstoßen der Späne an eine angrenzende Spannut beiträgt. Wie angegeben, ändert sich der radiale Spanwinkel drastisch um den Umfang der Schnittfläche jedes runden Einsatzes, aber, wie beim Rhomboideinsatz, schafft die gekrümmte Schneidkante, die von einem Null- oder neutralen zu einem positiven radialen Spanwinkel während des Fräsens des Werkstücks fortschreitet, eine Scherwirkung beim Schneiden, bei der ein ruhiger Arbeitsvorgang bewirkt wird, der wenig Kraft erfordert. Da außerdem die runden oder kreisförmigen Einsätze eine relativ kleine Schnittfläche haben, erzeugen diese kleinere Späne, die zu der ruhigen Arbeitsweise beitragen.
Wegen der gekrümmten Schneidkanten auf sowohl den kreisförmigen als auch Rhomboideneinsätzen bewirkt der tatsächliche Schneiddruck ein Zusammendrücken dieser Oberflächen in der Schnittfläche, die in ihrer Wirkung größer ist, als wenn die Kante gerade ist, was wiederum die Werkzeugabnutzung bedeutsam vermindert.
Die Kreisförmigen oder runden Einsätze können wahlweise auf der Schnittfläche angrenzend an eine Spannut, wenn gewünscht, mit einem positiven axialen Spanwinkel angebracht werden, um die Vorteile des Fräsens mit einem axialen Spanwinkel zu erhalten. Die Rhomboid- und Kreisformeinsätze weisen eine fest eingeschlossene winkelförmige Basis auf, die in einer 60º V-förmigen oder konischen Aussparung angebracht sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die kreisförmigen Einsätze Ober- und Unterseitenflächen auf, wobei die flache Unterseite mit einem Seitenabschnitt verbunden ist, der zumindest ein Paar parallel gerichteter Abflachungen zum eindeutigen Wenden innerhalb der Werkzeugaussparung enthält. Die Aussparungen weisen eine ebene Auflagefläche und Seitenstützabschnitte mit parallelen Seitenabflachungen auf zum Eingreifen in Widerlagern der Einsätze. Der so angebrachte Einsatz kann in einer Folge gewendet werden, die von der Anzahl der Abflachungen abhängt, die auf dem Einsatz und den Aussparungswänden vorhanden sind.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der anstoßende Kontakt zwischen der Bodenfläche und den Seitenabflachungen das Lösen der Befestigungsschraube hinsichtlich der Tangentialkraft verhindert, die durch den abscherenden Zerspanungsvorgang des Einsatzes hervorgerufen wird.
Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das flache Widerlagern zwischen dem Einsatz und der Aussparung, insbesondere der Bodenfläche, das Ansammeln von Spanmaterial verhindert, wodurch ein schnelles Wenden der Einsätze erleichert wird. Der so angebrachte Einsatz ergibt eine extrem feste Aufnahme für jeden Einsatz und gestattet darüberhinaus ein präzises Wenden, um abzusichern, daß eine scharfe Kante dicht am Werkstück vorhanden ist.
Der Schaftfräser kann auch mit mehrfach wirksamen Spannuten- oder Schlitzen versehen werden, in die die Späne eingebracht und aus diesen abgeleitet werden können mit den Reihen der Schneidelemente oder Einsätze, die sich in die angrenzenden Spannutflächen erstrecken, wobei die Reihen der Schneidelemente in einer vertikalen Ausdehnung der Schnittfläche des Werkzeuges gestaffelt sind, so daß das Werkzeug das Fräsen schneller bewirken kann und alle Flächen des Werkstückes wirksam abdeckt.
Aus der EP-A-0 094 921 ist ein schraubenförmiger Schaftfräser bekannt, der Schlitze aufweist, die sich vollständig bis zum vorderen Ende des sich drehenden Körpers des Fräsers erstrecken. Die Schlitze sind mit Aussparungsabschnitten versehen, auf denen Hochkantschneideinsätze mittels Schrauben befestigt sind. Die Aussparungsabschnitte haben Auflageflächen zum Aufnehmen und Tragen der Einsätze.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend bezieht sich diese Erfindung in ihrem breitesten Aspekt auf ein Schaftfräserwerkzeug, das einen positiven axialen Spanwinkel in der Seitenansicht aufweist, um das Ableiten der Späne von der Oberfläche eines Werkstückes zu erleichtern und eine gekrümmte Schneidkante aufweist, die einen neutralen (Null) bis positiven Spanwinkel in einer Draufsicht von unten hat, wenn es fortschreitend schneidet, um eine Spanabnahme zu erhöhen, währenddessen ein Schweißen in dem Arbeitsbereich ausgeschlossen wird, wodurch die Verwendung einer niedrigen Schnittkraft ermöglicht wird. Die Werkzeugschnittfläche wird durch einen rhomboidförmigen wendbaren Schneideinsatz gebildet, der an einem Ende einen winkelförmigen Axialwinkel mit einer gleichförmig gekrümmten Fläche in der Seitenansicht hat, die mit einer Anschnittsecke und einem stark eingeschlossenen Winkel in einer Seitenansicht versehen ist. Andere Einsätze sind auf dem Werkzeug über dem Rhomboideinsatz angebracht, um den Rest der Schnittfläche zu bilden und sind in der Seitenansicht kreisförmig. Die rhomboid- und kreisförmigen Einsätze sind in einem im wesentlichen ebenen Einsatzsitz mit anstoßenden Seitenwandflächen angebracht, die ebene Bereiche zum eingreifenden Widerlagern mit kompatiblen Bereichen auf dem Einsatz aufweisen. Die Einsätze sind in einer angrenzenden Schraubenreihe angebracht, wobei jeder einen gekrümmten Schneidkantenabschnitt aufweist, der sich in eine schraubenförmige Nut oder einen schraubenförmigen Schlitz erstreckt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, wobei:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Schaftfräsers nach der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Schaftfräsers von Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Draufsicht des Fräsers von Fig. 2 von unten ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht ist, die im wesentlichen entlang der Ebene verläuft, die durch die Linie 4-4 von Fig. 2 angegeben ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht ist, die im wesentlichen entlang der Ebene verläuft, die durch die Linie 5-5 von Fig. 2 angegeben ist;
Fig. 6 eine Perspektivansicht eines der wendbaren Einsätze ist, die in dem Fräser von Fig. 1 verwendet werden;
Fig. 7 eine Draufsicht des Einsatzes von Fig. 6 von oben ist;
Fig. 8 eine Vorderansicht des Einsatzes von Fig. 7 ist;
Fig. 9 eine Perspektivansicht einer zweiten Art eines Einsatzes ist, der bei dem Fräser von Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 10 eine Draufsicht des Einsatzes von Fig. 9 von oben ist;
Fig. 11 eine Vorderansicht des Einsatzes von Fig. 10 ist;
Fig. 12a eine Schnittansicht ist, die im wesentlichen entlang der Ebene verläuft, die durch die Linie 12a-12a von Fig. 5 verläuft und eine alternative Form zum Anbringen eines der Einsätze zeigt, die auf dem Fräser vorgesehen sind;
Fig. 12b eine Seitenansicht des in Fig. 12a angebrachten Einsatzes ist;
Fig. 12c eine ähnliche Ansicht zu Fig. 12b ist, aber mit dem Einsatz versehen ist, der mit einer unterschiedlichen axialen Neigung oder Stellung auf dem Fräserkörper angebracht ist; und
Fig. 13 eine vergrößerte Ansicht einer alternativen Form des Abschnittes des Einsatzes von Fig. 11 ist, die durch den Kreis 13-13 von Fig. 11 angegeben ist;
Fig. 14 eine Schnittansicht, die im wesentlichen entlang der Ebene verläuft, die durch die Linie 12a-12a von Fig. 5 angegeben ist und die eine alternative Form zum Anbringen eines der Einsätze zeigt, die auf dem Fräser vorgesehen sind ist;
Fig. 15 eine Perspektivansicht eines alternativen Einsatzes ist.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente durchgehend durch die verschiedenen Ansichten angeben und während einige der Bestandteile der Erfindung auf verschiedene Arten von Schnittwerkzeugen anwendbar sind, wird hierbei auf einen Schaftfräser Bezug genommen, der im allgemeinen durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet ist.
Der Schaftfräser 20 ist um eine Mittelachse 21 in Richtung des Pfeiles 23 drehbar (siehe Fig. 1 und 3) und ist angepaßt, sich in Achsrichtung oder axial zu einem Werkstück hin (nicht gezeigt) in Richtung des Pfeiles 25 (siehe Fig. 2) zu bewegen und dann radial in Richtung des Pfeiles 26 geführt zu werden, während es sich dreht, um so Metall vom Werkstück abzunehmen. Im besonderen weist der Fräser 20 einen zylindrischen Metallkörper 27 auf, der an seinem oberen Ende einen Montageschaft 29 hat und mit vier winkelförmig beabstandeten Schlitzen 30 ausgebildet ist. Gegeneinander versetzte Bereiche der Schlitze 30 öffnen sich in die Bodenendebene des Körpers 27, während die übrigbleibende Schlitze Enden aufweisen, die nach oben von dem Ende des Körpers 27 beabstandet sind. Der Fräser, der dargestellt ist, wird üblicherweise als ein schraubenförmiger Schaftfräser bezeichnet, da sich jeder Schlitz 30 schraubenförmig entlang und um die Achse 21 des Fräsers 20 herum erstreckt.
In dem hinteren oder inneren Endabschnitt (in Drehrichtung) jedes Schlitzes 30 ist eine Reihe 33 von Wendeschneideinsätzen angeordnet. Jeder der Einsätze in einer Reihe 33 ist aus einem Block eines geeigneten Schneidmaterials, wie z.B. Wolframkarbid, ausgebildet. Zwei Arten von Einsätzen werden in dem Schaftfräser 20 der vorliegenden Erfindung verwendet. Angrenzend an einen schraubenförmigen Schlitz 30, der sich in die Endebene des Körpers 27 öffnet, weisen die obersten Einsätze eine Serie von vier runden oder kreisförmigen Fräseinsätzen 34 auf, die im einzelnen in den Fig. 9 bis 11 dargestellt sind. Diese Einsätze 34 sind über einem eindeutig rhomboidgeformten Einsatz 35 eingesetzt, was im einzelnen in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist, wobei der Einsatz 35 eine Ecke 37 aufweist, die sich nach unten unter die Bodenfläche oder Endebene des Fräskörpers 27 erstreckt. Die Ecke 37 erstreckt sich nach unten unter das Ende der Ebene des Fräskörpers 27 mit einem Winkel von annähernd 3º, was am deutlichsten in Fig. 2 dargestellt ist, um eine Anschnittfräskante zum Eintritt in das Metallmaterial des Werkstückes zu schaffen.
Die gegenüberliegenden Kanten des rhomboidförmigen Einsatzes 35 sind bogenförmig oder gekrümmt, wie mit dem Bezugszeichen 39 zu einem Zweck angegeben ist, der nachstehend im einzelnen beschrieben werden wird. Auf den gegenüberliegenden Kanten des Umfangs des Fräskörpers 27 sind zwei Rhomboideinsätze 35 vorgesehen. Die gegeneinander versetzen Reihen 33 oder Serien von Einsätzen erstrecken sich nicht bis zur unteren Kante des Fräserkörpers 27, sondern bestehen einzig aus fünf runden oder kreisförmigen Schneideinsätzen 34, deren unterstes Element über der Bodenkante oder Ebene des Fräserkörpers 27 benachbart zu dem Ende des gegeneinander versetzten schraubenförmigen Schlitzes 30 liegt, was üblicherweise als eine "Spannut" bezeichnet wird.
Jeder Einsatz 34, 35 (siehe jeweils Fig. 4 und 5), wird in einer Aussparung 38 getragen, die in ihrem jeweiligen Schlitz 30 durch eine kegelstumpfförmige Bohrung oder einen Sitz definiert wird, der Kanten aufweist, die eine 60º kegelförmige Konfiguration haben und die in einem unteren zylindrischen Abschnitt enden. Jeder Einsatz 34, 35 wird durch eine Schraube 36 festgehalten, die durch den Mittelpunkt jedes Einsatzes hindurchgesteckt ist und in den Fräserkörper 27 eingeschraubt wird.
In einer alternativen Ausführungsform (siehe Fig. 14), wird der Rhomboideinsatz 35 oder der kreisförmige Einsatz 34 in einer Aussparung getragen, die auch durch einen Schlitz 30 definiert wird und eine ebene Auflagefläche 50 mit einer Seitenstützfläche 55 aufweist, die sich mit der Auflagefläche 50 um deren Umfang schneidet. Zumindest ein Paar ebener Wendeflächen 57 sind in der Seitenwandfläche 55 vorhanden, die zu den Seiten parallel ausgerichtet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Paare ebener Flächen vorgesehen, um sechs einzelne Punkte zum Wenden um den Umfang des kreisförmigen Einsatzes zu gestatten. Da die Einsätze mit dem Gebrauch verschleißen, werden die Einsätze präzise in den nächsten Abschnitt der Schneidkante gewendet.
Jeder Einsatz 34 (wie in Fig. 15 zu sehen ist) oder alternativer Einsatz 35 weist eine obere Fläche 58 und eine untere Fläche 59 auf. Die Fläche 59 stößt an die Auflagefläche 50 und den Seitenwandabschnitt 57 um den Umfangsseitenwandbereich vorzugsweise mit einem Winkel von ungefähr 90º an. Zumindest ein Paar ebener Seitenflächen 57 ist in dem Seitenwandabschnitt des Einsatzes mit jeder Elementfläche des Paares parallel zu dem anderen ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Paare von ebenen Flächen in dem Seitenabschnitt 57 angeordnet. Beim Aufliegen in der Aussparung 38 wird der kreisförmige Einsatz 34 vollständig durch die ebene Auflagefläche 50 und die Seitenwandflächen 55 getragen und durch die Schraube 36, wie zuvor erwähnt wurde, befestigt gehalten.
Wenn der Einsatz 35 in seiner Aussparung 38 angeordnet ist, ist die Schneidkante 39 in einer aktiven Schneidposition angeordnet und liegt peripher um den Umfang des Fräserkörpers 27 und ist mit einem positiven axialen Spanwinkel angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Jeder der kreisförmigen Einsätze 34 ist mit einem Null- oder neutralen axialen Spanwinkel, wenn er schneidet, angeordnet, kann aber wahlweise eine geneigte Achse von 0 bis 15º bezüglich der Längsachse des Fräserkörpers 12 haben, um einen axialen Spanwinkel 0 zu haben, wie in Fig. 12a dargestellt ist, wenn die kreisförmigen Einsätze 34 in der Seitenansicht betrachtet werden, wie in den Fig. 12b und 12c dargestellt ist. Die Neigung der Achse senkt den Anfangspunkt des Kontaktes mit dem Werkstück entlang der gekrümmten Schneidkante ab, so daß ein Vorsprung der Kante nicht mehr länger parallel zur Längsachse des Fräserkörpers 27 verläuft. Wie z.B. in Fig. 12b gezeigt ist, wird der axiale Spanwinkel des Fräsereinsatzes 34 bei einer Neigung von 5º 15º betragen. Bei einer 7º-Neigung, wird der axiale Spanwinkel 20º sein. Der Zerspanungsvorgang, der so durch jeden geneigten, kreisförmigen Einsatz entwickelt wird, wird dem Zerspanungsvorgang mit einem Rhomboideinsatz sehr ähnlich, da die Späne nun durch jede Spannut oder Schlitz 30 hochgepreßt werden.
Darüberhinaus ist die aktive Schneidfläche jedes Einsatzes 35 anfänglich mit einem positiven radialen Spanwinkel 0 angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Beim Fortschreiten des Fräsens entlang der gekrümmten oder bogenförmigen Schneidkante 39 ändert sich der Spanwinkel von einem neutralen (oder Null) radialen Spanwinkel, wo der Einsatz zuerst einen Schneidkontakt mit dem Werkstück mit einem positiven Spanwinkel von annähernd 15º hat. Der radiale Winkel der Einsätze 34 beim anfänglichen Materialeingriff ist im wesentlichen identisch zu dem der Einsätze 35, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Da der Eingriff in dem Werkstück durch die Schneidkante 43 des Einsatzes 34 fortdauert, ändert sich der radiale Spanwinkel von einem 0-Radialspanwinkel zu einem positiven radialen Spanwinkel an der Schneidkante. Die Wirkung ist ein Scher- oder ein progressiver Zerspanungsvorgang durch die Schnittfläche hindurch, um die Vorteile eines positiven radialen Spanwinkels zu erzielen, wie zuvor erläutert wurde.
Durch geeignetes Wenden und/oder Umdrehen jedes der Einsätze 34, 35 durch Lösen seiner jeweiligen Schraube 36, kann eine große Zahl unterschiedlicher Schneidkanten in eine aktive Schneidposition gebracht werden. In Verbindung mit jedem der Rhomboideinsätze 35 gibt es zwei schneidkanten 39, in dem der Einsatz um 180º gedreht wird. Es gibt annähernd fünf Schneidbbgen auf jedem der kreisförmigen Einsätze 34, die angrenzend an jeden länglichen Schlitz oder jede spannut 30 zum Fräsen gerichtet werden können. Die tatsächliche Anzahl von Schneidbögen, die zu einem Werkstück hin gerichtet sind, ist jedoch entweder von den Einsatzauflagen auf der konischen Auflage oder einer ebenen Auflage mit facettierten Seitenwänden abhängig.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, sind vier Einsätze 34 in jedem der Schlitze 30 angeordnet, während ein fünfter Einsatz 34 einen rhomboidförmigen Einsatz 35 in einem angrenzenden Schlitz 30 an dem Bodenende jedes Schlitzes ergänzt. Die Einsätze in jedem Schlitz sind in einer axial beabstandeten, nebeneinanderliegenden Beziehung angeordnet, und sind ebenfalls peripher voneinander beabstandet. Wegen der peripheren Beabstandung greifen die Einsätze in jedem Schlitz nicht gleichzeitig in das Werkstück ein, sondern greifen stattdessen mit einem fortschreitenden Eingriff in das Werkstück ein, wenn sich der Fräser 20 dreht.
Jeder der Einsätze in angrenzenden Schlitzen sind auch axial gestaffelt. Somit überbrückt die aktive Schneidkante des innersten Einsatzes 34 in jedem der Schlitze 30 axial die Lücke zwischen einem der Einsätze in einem angrenzenden Schlitz. Als ein Ergebnis der gestaffelten Anordnung der Einsätze in angrenzenden Schlitzen 30, wird das Werkstückmaterial, das zwischen angrenzenden Einsätzen eines Schlitzes 30 unbearbeitet gelassen wird, abgestriffen oder durch den eingreifenden Einsatz im nachfolgenden Schlitz 30 abgetrennt.
Der Einsatz 35 ist im besonderen zur Verwendung als äußerster Einsatz in jedem Schlitz 30 des Schaftfräsers 20 gut geeignet und ist ebenso zur vorteilhaften Verwendung bei anderen Arten von Fräsern geeignet. Der Einsatz ist in einem größeren Detail in den Fig. 6 bis 8 dargestellt. Der Einsatz 35 ist durch die Tatsache gekennzeichnet, daß er ein wendbarer Hochkanteinsatz mit einer Mehrzahl von Schneidkanten 39 ist, von denen jede angepaßt ist, mit einem positiven axialen Spanwinkel (siehe Fig. 2) und einem positiven radialen Spanwinkel (siehe Fig. 4) zu fräsen. Die Schneidkanten 39 sind in der Form bogenförmig und der Radius jeder Schneidkante ist unter dem Mittelpunkt 40 jedes Einsatzes befindlich. Der radiale Spanwinkel schreitet von neutral (Null) bis positiv entlang einer Kante 39, wenn er in das Werkstück eintritt und dieses zerspant. Wegen der Geometrie des rhomboidförmigen oder parallelogrammförmigen Einsatzes 35 und seines positiven radialen Spanwinkels während des Fräsens wird weniger Kraft erfordert, um das Werkzeug 20 zu drehen, und der Rhomboideinsatz fräst mit einem fortschreitenden Schervorgang; somit läuft das Werkzeug sehr viel ruhiger mit einem Minimum an Rattern. Wegen des positiven axialen Spanwinkels und der gekrümmten Schneidkanten 39 tritt im wesentlichen weniger Verschleiß an der Schneidkante 39 auf, als wenn eine gerade Kante mit dem Material beim Fräsen in Berührung steht, und hinsichtlich der gekrümmten Schneidkante werden Späne leichter entlang jeder Spannut oder jedes Schlitzes 30 während des Zerspanungsvorganges herausgepreßt. Da der Rhomboideinsatz 35 eine eindeutige Kurve mit dem Mittelpunkt des Radius unterhalb des Mittelpunktes des Einsatzes selbst hat, wird bewirkt, daß irgendwelche Späne, die aus dem Werkstück herausgefräst werden, nach oben und weg vom Werkstück gezogen werden und entlang der Spannut durch die Schneidkante 39 hochgeleitet werden. Da außerdem die Einsätze 34, 35 vorzugsweise in einer Aussparung in einer anstoßenden Berührung mit kompatiblen Abflachungen aufliegen, die auf der Stützfläche 53 auf der Aussparungsseite eingearbeitet sind, wird verhindert, daß sich die Einsätze während des Zerspanungsvorganges drehen.
In einer anderen Ausführungsform fallen die gegenüberliegenden Seiten 41 des Rhomboideinsatzes 35 von der Schneidkante 39 mit einem Winkel von annähernd 30º zur Senkrechten so ab, daß die Seiten stabil in einem konischen 60º-Sitz aufliegen, der in dem Fräserkörper 27 ausgebildet ist, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die Seiten 42 angrenzend zu und zwischen den Schneidkanten 39 sind im wesentlichen eben oder planar.
Jeder der Einsätze 34, die in Reihen in angrenzenden Schlitzen 30 und über dem Rhomboideinsatz 35 angeordnet sind, ist im einzelnen in den Fig. 9 bis 11 dargestellt, wobei jeder Einsatz eine kreisförmige Schneidkante 43 aufweist. Die Schneidkante 43 fällt zu einer ringförmigen Seitenwand 45 ab, die sich mit annähernd 30º bezüglich einer Längsachse des Einsatzes verjüngt, bevor sie zur Senkrechten so abfällt, daß der Einsatz ebenfalls in einem konischen 60º-Sitz aufliegt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, oder in einer ebenflächigen Aussparung aufliegt, wie in Fig. 14 gezeigt ist und zuvor beschrieben wurde. Dieses stellt eine Festigkeit für den Einsatz in seiner Aufspannung und eine stabile Berührung mit der Schneidkante im Werkstück sicher.
Wie in Fig. 13 gezeigt ist, kann die Schneidkante 43 jedes kreisförmigen Einsatzes 34 (und wenn gewünscht, die Schneidkante 39 jedes Einsatzes 35) wahlweise mit einer negativen Stegbreite oder Phase versehen werden. Dieses dient dazu, die Festigkeit der Schneidkante 43 zu erhöhen, obgleich die Vorteile, die bei einem Fräsen mit einem positiven Spanwinkel erzielt werden, verlorengehen.
Es sollte auch so verstanden werden, daß das Werkzeug 20 mit unterschiedlichen Durchmessern hergestellt werden kann; im besonderen ermöglicht die Geometrie selbst die Herstellung von Fräsern mit einem kleinen Durchmesser in der Größenordnung von 12,7 bis 25,4 mm (1/2 bis 1 Zoll).
Ein Schaftfräser 20, der, wie in den Fig. 1 und 2 aufgebaut ist, mit einem Fräsdurchmesser von 29,0576 mm (1,144 Zoll) und der mit zwei Rhomboideinsätzen 35 und 18 kreisförmigen oder speziell abgerundeten Einsätzen 34 vorgesehen war, die angrenzend zu den vier schraubenförmigen Schlitzen oder Spannuten 30 angeordnet waren, wurde getestet, um den Spanausstoß und den Verschleiß zu bestimmen. Die Rhomboideinsätze 35 wurden aus einem Wolfrainkarbid-Carboloy 370 ausgebildet, während die kreisförmigen oder abgerundeten Einsätze aus einem Wolframkarbid-Valeron VC55 ausgebildet waren. Die Tests wurden durchgeführt, und die Ergebnisse der Tests sind im einzelnen nachstehend beschrieben:
Werkstoff: SAE 1045 hra, 200 BHN
Betriebsart: Gleichlauffräsen, trocken, Nutreinigung mit Druckluft
Maschine: 50 hb Cincinnati Senkrechtfräsmaschine
Testbeschreibung: Es wurden drei Tests durchgeführt; Test Nr. 1, Umfangsfräsen; Test Nr. 2, Stufenfräsen; Test Nr. 3, Nutfräsen. Test Nr. 1: 107,2896 m/min. (352 sfm (Flächen Fuß/min.)); 38,1 mm (1,5 Zoll doc (Schnittiefe)); 203,2 mm (8 Zoll loc (Schnittlänge)); (alle Schnitte). Schnitt Nr. mm/min. (IPM (Zoll/min.)) mm/Zahn (fpt (ft/Zahn)) mm (woc (Schnittbreite)) Test Nr. 2: 107,2897 m/min. (352, sfm), 6,35 min (0,250 Zoll) doc, 0,97536 mm/Zahn (0,0032 fpt), 203,2 mm 8 Zoll) (alle Schnitte)). Schnitt-Nr.Test Nr. 3: 107,2896 m/min. (352 sfm), 29,0576 mm (1,144) woc, 0,97536 mm/Zahn (0,0032 fpt), 101,6 mm (4 Zoll) loc (alle Schnitte) Schnitt-Nr.

Ergebnisse:

Alle Durchläufe wurden mit einer Schneidkante jedes Einsatzes (ohne Wenden) ausgeführt. Eine Gesamtheit von 31 Schnitten wurde durchgeführt, unter Abnahme von 1.639,6832 cm³ (100,06 Kubikzoll).
Der Fräser wurde einem Fräsen von 5,4864 in (216 Linearzoll (18 ft.)) und 63,19 Min. Vorschubzeit ausgesetzt.
Die Rhomboideinsätze hatten einen maximalen Freiflächenverschleiß von 0,3048 mm (0,012 Zoll), und die runden Einsätze zeigten einen maximalen Freiflächenverschleiß von 0,127 mm (0,005 Zoll). Keiner der Einsätze zeigte irgendein Ausbrechen. Kein Trichter oder Wärmeriß konnte wahrgenommen werden.
Der Spanausstoß war bei allen Tests außergewöhnlich gut, da zu keiner Zeit Späne an den Schneidkanten haften blieb.

Claims

1. Schraubenförmiger Schaftfräser, mit einem umlaufenden Körper (27), der einen Außenumfang aufweist, und mit Nuten (30), die an seinem Außenumfang ausgebildet sind und sich vollständig zum vorderen Ende des Körpers (27) hin erstrecken, wobei jede der Nuten (30) Aussparungsabschnitte (38) aufweist zur Aufnahme eines Hocnkant-Schneideinsatzes (35) in gestaffelter Reihenfolge und die an den vorderen Enden der sich vollständig erstreckenden Nuten positioniert sind,

wobei die Aussparung (38) eine Auflagefläche (50) für den Einsatz (35) umfaßt, ein Gewindeloch umfaßt, das zentrisch auf der Auflagefläche (50) angeordnet ist, eine Stützfläche (55) umfaßt, die die Auflagefläche (50) schneidet und die zumindest ein Paar ebener Flächen aufweist, dessen Fläche des Teiles parallel zur anderen ist zum stützenden Widerlagern der Einsätze,

dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (35) ein Einsatz (35) in Form eines gekrümmten Rhomboiden ist, der abwechselnd gegenüberliegende im wesentlichen ebene (42) und gekrümmte Schneidkanten (39) aufweist, die um einen Mittelpunkt herum angeordnet sind,

daß die gekrümmte Schneidkante (39) von gegenüberliegenden ersten kegelstumpfförmigen Flächen gebildet ist,

das die Schneidkante (39) Radien einer Krümmung hat, die vom Mittelpunkt versetzt sind und kolinear im wesentlichen entlang einer Einsatzdiagonale sind,

daß der Einsatz (35) außerdem auf dem Körper (27) so positioniert ist, daß ein Abschnitt einer der gekrümmten Schneidkanten (39) in der sich vollständig erstreckenden Nut (30) angeordnet ist, daß sich eine Schneidkantenecke (37) unterhalb der Bodenebene des Fräserkörpers erstreckt, und

daß der Einsatz (35) in Form eines gekrümmten Rhomboiden außerdem mit einem positiven axialen spanwinkel und einem positiven radialen spanwinkel auf dem Fräskörper (27) so angebracht ist, daß der radiale Spanwinkel von neutral bis positiv entlang der Schneidkante beim Eingreifen in ein Werkstück fortschreitet.

2. Schraubenförmiger Schaftfräser nach Anspruch 1, wobei jeder Einsatz (35) eine obere und eine untere Fläche (58, 59) und eine Seitenwand (57), die die untere Fläche (59) schneidet, umfaßt und zumindest ein Paar ebener Flächen aufweist, die parallel zueinander sind und die zum eingreifenden Anstoßen mit den ebenen Flächen der Stützfläche (55) in der Aussparung (38) positioniert sind.

3. Schraubenförmiger Schaftfräser nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ebenen Flächen des Einsatzes (35) in Form des gekrümmten Rhomboiden seitlich voneinander angeordnet sind.

4. Schraubenföriniger Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gekrümmte rhomboide Einsatzecke (37) sich um annähernd 3º unterhalb der Fräserkörper-Bodenebene erstreckt.

5. Schraubenförmiger Schaftfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei weitere Einsätze (34) vorgesehen sind, die in der Draufsicht kreisförmig sind, und die eine Mehrzahl von Wendeschneidkanten in der Nut (30) vorsehen,

wobei jeder kreisförmige Einsatz (34) eine obere und eine untere Fläche (58, 59) aufweist,

wobei eine Seitenwand (57) die untere Fläche (59) schneidet und zumindest ein Paar ebener Flächen aufweist, die parallel zueinander sind und zum eingreifenden Anstoßen mit den ebenen Flächen der Stützfläche (55) in der Aussparung (38) positioniert sind,

wobei jeder Einsatz (34) um die Längsachse des Fräserkörpers neigbar ist, um zu ermöglichen, daß eine Schneidkante (43) mit einem positiven axialen und einem positiven radialen Spanwinkel angeordnet wird, und wobei die keisförmigen Einsatzschneidkanten (43) aus gegenüberliegenden kegelförmigen Flächen ausgebildet ist.

6. Schraubenförmiger Schaftfräser nach Anspruch 5, wobei die Seitenstützfläche (55) drei paare von ebenen Flächen aufweist, von denen jedes Teil dem Paares parallel zu dem anderen ist.

7. Schraubenförmiger Schaftfräser nach Anspruch 6, wobei die Einsatzseitenwand (57) des kreisförmigen Einsatzes (34) drei Paare von ebenen Flächen aufweist, von denen jedes Teil des Paares parallel zum anderen ist.

8. Schraubenförmiger Schaftfräser nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die vollständig sich erstreckende Nut (30) an den kreisförmigen Einsatz (34) an der unteren Fläche (59) und der Seitenwandfläche (57) anstößt.