DE4324869C2 - Zweischneidiger, mit einer einzelnen Schneidplatte versehener Fräser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fräser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Fräser ist aus der DE 30 22 104 C2 bekannt.

Die Erfindung betrifft also zwei­ schneidige Fräser, mit einer einzelnen Schneidplatte, das heißt, daß bei einer einzelnen Schneidplatte, die zwei gegenüberliegende Schneid­ kanten aufweist, beide gleichzeitig schneiden. Bei zweischneidigen, mit einer einzelnen Schneidplatte versehenen Fräsern nach dem heutigen Stand der Tech­ nik ist die Schneidplatte normalerweise in einer querverlaufenden Nut, die im Fräserkörper eingear­ beitet ist, in einer zentrierten Position und mit einem Achswinkel von 0° angeordnet. Mit anderen Wor­ ten ist die Sitznut der Schneidplatte parallel zur Fräserachse und demzufolge sind die beiden Schneid­ kanten symmetrisch zur Mittelebene des Fräsers. Hieraus folgt, daß die grundlegende Schneidengeome­ trie bei beiden Schneidkanten gleich ist, wie auch der Winkelabstand zwischen den beiden Schneidkanten gleich ist. Ebenso ist der Achswinkel der Schneid­ kanten gleich 0. Bei Bohrfräsern treffen sich die Freiflächen der Schneidkanten entsprechend der Frä­ serachse, wodurch die sogenannte "Querschneidkante" (auch von den Spiralbohrern her bekannt) gebildet wird, die die Fräserachse quert und die das einwand­ freie Funktionieren behindert, wenn der Fräser mit axialem Vorschub bohren muß. Dieser Nachteil wird durch einen besonderen Schliff der mit der Fräser­ achse korrespondierenden Zone reduziert, das heißt mit einer besonderen Mikrogeometrie, die in ver­ schiedenen Ausführungen auch bei den Spiralbohrern entwickelt worden ist.

Jedoch verursacht die Symmetrie in der Positionie­ rung und der grundlegenden Geometrie der Schneidkan­ ten, insbesondere deren konstanter Winkelabstand und das Fehlen des Achswinkels sowohl beim Fräsen als auch beim Bohren, wo dies vorhersehbar ist, leicht das Auftreten von Vibrationen und einer großen Schwierigkeit, höhere Leistungen bei der Anwendung zu erzielen.

Zur Befestigung im Sitz des Fräsers weist die Schneidplatte im allgemeinen ein zentrales Loch und die Sitznut eine elastische, nachgiebige Wand (manchmal durch einen Klemmbügel ersetzt) auf. Die Befestigung ist so mit einer Schraube im Fräserkör­ per ausgeführt, die durch die Bohrung der Schneid­ platte hindurchgeht, und die das Klemmen der Schneidplatte, diese fest gegen die elastische Wand oder den Klemmbügel andrückend bewirkt. Es ist klar, daß auch andere Arten der Befestigung vorstellbar sind, die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Daher wird der Begriff "Schneidplat­ ten-Sitznut" für den Sitz der Schneidplatte verwen­ det, unabhängig davon, wie die Befestigung ausge­ führt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, die Unzulänglichkeiten und Nachteile der zweischneidigen, mit einer einzelnen Schneidplatte versehenen Fräser des bekannten Typs zu eliminie­ ren, den Ursachen von Vibrationen vorzubeugen und die Leistung solcher Fräser zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch einen Fräser mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Fräser vorgeschlagen mit zwei Hauptschneidkanten, der mit einer einzelnen Schneidplatte bestückt ist, wobei der Winkelabstand zwischen den beiden Schneidkanten verschieden ist, und bei dem die durch den Radialwinkel und den Achswinkel definierte Schneiden-Makrogeometrie bei den beiden im Einsatz befindlichen Schneidkanten unter­ schiedlich ist.

Der unterschiedliche Winkelabstand der beiden Schneidkanten und deren unterschiedliche grundlegen­ de Schneidengeometrie verleihen dem Fräser ein er­ höhtes Antivibrationsvermögen und eine erhöhte Lei­ stung. Mit dem Begriff "grundlegende Schneidengeome­ trie" ist die Makrogeometrie der Schneide der Schneidkanten gemeint, das heißt, die Geometrie, die insbesondere aus der Anordnung der Schneidplatte im Fräserkörper resultiert, ohne dabei besondere Maß­ nahmen, wie beispielsweise die Anordnung von Span­ brechern oder Sondergestaltungen anstelle der Querschneide oder ähnliches (dies betrifft die Mikrogeometrie), zu berücksichtigen.

Für die technische Terminologie, die in der vorlie­ genden Beschreibung verwendet wird, werden Begriffe aus nationalen und internationalen Normen, wie auch solche, die der industriellen Praxis entsprechen, verwendet.

Die Erfindung findet in erster Linie bei Bohrfräsern Anwendung (die axial in das Werkstück vordringen können und auch in Querrichtung fräsen können) und bei Fräsern, die nicht zum Bohren verwendet werden.

Sowohl die Bohrfräser, als auch die Fräser, die nicht zum Bohren verwendet werden, können als teil­ weise sphärisch spanabhebende, als Umfangs­ stirnfräser, Winkelfräser, Profilfräser ausgebildet sein, wie es bereits im Stand der Technik bekannt ist.

Die vorliegende Erfindung führt in die Technik der mit einer einzelnen Schneidplatte versehenen Fräser ein vollständig neues Prinzip ein: eine Asymmetrie der Winkelabstände zwischen den beiden Schneidkanten und eine Asymmetrie der Schneidengeometrie der bei­ den Schneidkanten. Die genannten Asymmetrien sind voneinander abhängig und sind in der komplexeren Ausführungsform mit einem Achswinkel verwirklicht, der zwischen den beiden Schneidkanten unterschied­ lich ist und einem Radialwinkel, der bei den beiden Schneidkanten unterschiedlich ist. Jedoch sieht die Erfindung für besondere Ausführungsformen auch Ver­ sionen vor, bei denen nur eine dieser Eigenschaften angewendet ist, die den Achswinkel und den Radial­ winkel betreffen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung im Detail und unter Darstellung der Vorteile unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 zum Vergleich eine Seitenansicht eines Aus­ führungsbeispiels eines Fräsers nach dem Stand der Technik mit einer einzelnen Schneidplatte, die teil­ weise sphärisch spanabhebend ausgebildet ist.

Fig. 2 und 3 den Fräser nach Fig. 1 in einer Vorder­ ansicht und einer Seitenansicht;

Fig. 4 zum Vergleich eine Seitenansicht eines wei­ teren Ausführungsbeispiels eines Fräsers nach dem Stand der Technik mit einer einzelnen Schneidplatte, die zylindrisch spanabhebend ausgebildet ist;

Fig. 5 zum Vergleich eine Seitenansicht eines weite­ ren Fräsers nach dem Stand der Technik;

Fig. 6 eine Vorderansicht eines mit zwei Schneidkan­ ten versehenen Fräsers mit einer einzelnen Schneid­ platte entsprechend der Erfindung;

Fig. 7 und 8 den Fräser nach Fig. 6 in zwei gegen­ überliegenden Seitenansichten.

Um die Erfindung und ihre Beschreibung besser zu verstehen, muß man sich klarmachen, wie im übrigen auch oben erwähnt, daß es sich bei den bekannten Fräsern um Fräser mit einer einzelnen Schneidplatte 11 handelt, welche auf dem Fräserkörper 12 derart befestigt ist, daß sie an beiden Seiten desselben hervorspringt, wodurch zwei Hauptschneidkanten 13, 14 gebildet werden, die an zwei gegenüberliegenden Seiten bezogen auf die Mittelebene d des Fräsers liegen.

In den Fig. 1 bis 5 sind einige mit zwei Schneidkan­ ten und einer einzelnen Schneidplatte versehene Frä­ ser herkömmlicher Art dargestellt, um im Vergleich hiermit dann besser die Eigenschaften der Erfindung erklären zu können. Die Fig. 1 bis 3 zeigen unter­ schiedliche Ansichten eines teilweise sphärisch spanabhebend ausgebildeten Fräsers, Fig. 4 zeigt einen Umfangsstirnfräser 16, Fig. 5 einen Winkelfräser 17. Sämtliche der genannten Fräser weisen eine einzelne Schneidplatte 11 auf, die üblicherweise in einer Quernut 18 angeordnet ist, die in den Fräserkörper 12 in einer mittigen Position eingearbeitet ist mit einem Achswinkel, der gleich Null ist, und ist dort durch eine Schraube 19 blockiert. Bei solchen Fräsern befindet sich daher die Nut 18 in der Mittelebene d des Fräsers auf dessen X-Achse, und die Schneidkanten 13, 14 der Schneidplatte sind symmetrisch bezogen auf die Mittelebene desselben.

Die vorliegende Erfindung verändert die Eigenschaf­ ten der vorgenannten zweischneidigen Fräser mit ei­ ner einzelnen Schneidplatte, die zwei parallele Flä­ chen aufweist, durch eine Beeinflussung von zwei Pa­ rametern gleichzeitig oder unabhängig voneinander, und zwar:

• - eine Beeinflussung der Sitznut 18 der Schneid­ platte 11, um die Schneidplatte exzentrisch in bezug auf die X-Achse des Fräsers anzuordnen und/oder
• - Beeinflussung des Achswinkels der Sitznut 18 der Schneidplatte 11, um einen Achswinkel a zu schaffen, der ungleich Null ist.

Man hat somit unterschiedliche Kombinationen und ebenso unterschiedliche Strukturen des zweischneidi­ gen Fräsers erhalten:

• 1.1. Die Nut 18 ist exzentrisch, und der Achswinkel a der Nut ist gleich Null. Hieraus ergibt sich, daß die Winkeldistanzen b und c zwischen den beiden Schneidkanten 13, 14 (siehe Fig. 6) unterschiedlich sind, wenn man die Drehrichtung F des Fräsers betrachtet, wenn dieser in Funktion ist. Die Radialwinkel e und f sind bei beiden Schneidkanten unterschiedlich.
• 2. Die Nut 18 ist in der Stirnebene (d. h. in der Stirnebene des Fräserkörpers) mittig und der Achs­ winkel a ist ungleich Null. Hieraus ergibt sich, daß der Winkelabstand zwischen den Schneidkanten 13, 14 in der Stirnebene (wie im Fall der Fig. 2) gleich ist, jedoch unterschiedlich wird, wenn man von der Frontebene in Richtung zum Nutgrund der Nut 18 fortschreitet. Der Radialwinkel für beide Schneidkanten ist in der Frontebene gleich, wird jedoch unterschiedlich, wenn man von der Front­ ebene in Richtung auf den Nutgrund der Nut 18 fortschreitet. Der Achswinkel a der einzelnen Schneidkante wird, in Richtung des Pfeils F ge­ sehen, wenn dieser an einer Schneidkante positiv ist, an der anderen Schneidkante ersichtlich nega­ tiv.
• 3. Die Nut 18 ist in der Stirnebene exzentrisch (si­ ehe Fig. 7 und 8) und der Achswinkel a der Nut ist ungleich Null. Hieraus folgt, daß die Winkel­ distanzen zwischen den beiden Schneidkanten 13, 14 immer unterschiedlich sind und deren Differenz variiert, wenn man von der Frontebene in Richtung auf den hinteren Bereich fortschreitet. Der Radi­ alwinkel ist an den beiden Schneidkanten 13, 14 immer unterschiedlich, und die Differenz variiert, wenn man von der Frontebene in Richtung auf den hinteren Bereich fortschreitet.

In der Praxis kann man die zweischneidigen Frä­ ser, die mit einer einzelnen Schneidplatte ver­ sehen sind, in zwei grundsätzliche Kategorien unterteilen, nämlich Bohrfräser und Nicht-Bohr­ fräser. Die Verwendung der Erfindung in beiden Fräserkategorien erfolgt wie nachfolgend be­ schrieben:

Bei den Bohrfräsern muß die Sitznut 18 der Schneidplatte exzentrisch angeordnet sein, der­ art, daß eine der Schneidkanten, etwa die Schneidkante 13, von vorn gesehen auf der Höhe der Drehachse oder ein bißchen darunter (das heißt in der in der Industrie üblichen Sprachregelung "mittig oder etwas untermittig") liegt, während die zweite Schneidkante 14 in Drehrichtung gesehen "obermittig" zu liegen kommt. Das hat zur Folge, daß die Winkelabstände b und c zwischen den beiden Schneidkanten unterschiedlich sind, sowie auch die Schneidengeometrie der beiden Schneidkanten unter­ schiedlich ist, wodurch deren Radialwinkel e und f verändert werden. Das reduziert die Gefahr, daß schädliche Vibrationen auftreten, da die unter­ schiedliche Winkelteilung das Auftreten von Reso­ nanzphänomenen begrenzt. Darüber hinaus bewirkt die unterschiedliche Schneidengeometrie an den beiden Schneidkanten unterschiedliche Schnitt­ kraftverläufe, wodurch die Gefahr reduziert wird, daß sich Komponenten der Schnittkräfte addieren, um das Auftreten von Vibrationen zu begünstigen oder wie auch immer die Leistung aufgrund von schädlichen Phänomenen zu reduzieren.

Wenn man darüber hinaus vorsieht, daß der Achs­ winkel a der Sitznut der Schneidplatte ungleich Null ist, erhält man eine noch bessere Antivi­ brations-Wirkung, da man in Längsrichtung der Schneidkanten fortschreitend eine progressive "Variationsänderung" erhält, das Eindringvermögen sich verbessert und der "Stoßfaktor" kleiner wird, also ein ruhigerer Schnitt möglich ist.

Die Nut 18, wie beschrieben, eliminiert allerdings die schädliche "Querschneidkante", wie am Anfang ausgeführt. Zum Bohren jedoch ist es möglich, eine "Mikroschneidengeometrie" vorzusehen, um die Leistung noch weiter zu verbessern. Dies geht je­ doch über den Gegenstand dieser Erfindung hinaus und wird daher hier nicht weiter beschrieben.

Die Bohrfräser gemäß der Erfindung können auch den Sitz 18 für die Schneidplatte zentriert aufweisen und nur einen Achswinkel a, der ungleich Null ist, aufweisen. Dies hat auch dann noch positive Wir­ kungen; wenn auch geringer als bei der komplexeren Ausführungsform. Darüber hinaus ist eine Quer­ schneidkante mit einer Mikrogeometrie notwendig, wie sie beispielsweise analog aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Bei den Nicht-Bohrfräsern gilt dasselbe, was für die Bohrfräser gesagt wurde, jedoch kann die Sitz­ nut 18 für die Schneidplatte auch beträchtlich exzentrisch angeordnet sein, da die Raumbe­ schränkungen bei der Schneidengeometrie, die sich aus der Notwendigkeit ergeben, daß der Fräser axial eindringen kann, nicht vorhanden sind.

Bei den vorstehenden Betrachtungen ist vorausge­ setzt worden, daß die Schneidplatte parallele Flächen aufweist, weshalb sich die Bedingungen der günstigen Asymmetrie von der Position der Sitznut bezogen auf die Rotationsachse ableiten.

Es ist aber auch vorstellbar, daß die Schneidplatte selbst asymmetrisch ist. In diesem Fall gelten die obigen Ausführungen gleichermaßen, wobei man sich jedoch klarmachen muß, daß die Sitznut derart ausgebildet und positioniert sein muß, daß bei der montierten Schneidplatte die oben genannten grundsätzlichen Asymmetriebedingungen verwirklicht sind.

Claims (5)

1. Zweischneidiger, mit einer einzelnen Schneidplatte versehener Fräser, wobei die Schneidplatte (11) in einer Nut (18) angeordnet und befestigt ist, die in einen Fräserkörper (12) querverlaufend von dessen Stirnseite her eingearbeitet ist, derart, daß die Schneidplatte (11) an beiden Seiten des Fräserkörpers (12) hervorragt, wodurch zwei Hauptschneidkanten (13, 14) gebildet sind, die auf gegenüberliegenden Seiten bezogen auf die Fräser- Drehachse (x) des Fräsers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptschneidkanten (13, 14) bei in der Nut (18) des Fräserkörpers (12) befestigter Schneidplatte und in Rotationsrichtung des Fräsers gesehen unterschiedliche Winkeldistanzen (b, c) zwischen sich aufweisen und hinsichtlich ihrer durch den Radialwinkel (e, f) und den Achswinkel (a) definierten Schneiden-Makrogeometrie voneinander abweichen.

2. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18) an der Fräserstirnseite zentrisch bezüglich der Fräser-Drehachse (x) angeordnet ist und die Nutwände unter einem Spitzen Winkel zur Fräser-Drehachse (x) verlaufen.

3. Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18) an der Fräserstirnseite exzentrisch bezüglich der Fräser-Drehachse (x) angeordnet ist und die Nutwände parallel oder unter einem spitzen Winkel zur Fräser-Drehachse (x) angeordnet ist und die Nutwände parallel oder unter einem spitzen Winkel zur Fräser-Drehachse (x) verlaufen.

4. Fräser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnansicht des Fräsers eine Schneidkante (13) der beiden Schneidkanten (13, 14) der Schneidplatte (11) etwa auf gleicher Höhe wie die Fräser-Drehachse (x) angeordnet ist, während die andere Schneidkante (14) oberhalb der Fräser-Drehachse angeordnet ist.

5. Fräser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnansicht des Fräsers beide Schneidkanten (13, 14) der Schneidplatte (11) auf einer von der Höhe der Fräser-Drehachse (x) verschiedenen Höhe angeordnet sind.