Die Erfindung betrifft einen Walzenfräser mit einer oder mehreren schraubenförmig verlaufenden Schneiden für die Bearbeitung von Holz, Holzwerkstoffen und Kunststoff sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Zum Umfangsfräsen von Holz, Holzwerkstoffen, Kunstoffen und ähnlichen Materialien sind rotierende Werkzeuge mit mehreren Schneiden im Gebrauch, darunter Walzenfräser mit wenigstens einer schraubenlinienförmig verlaufenden Schneide. Die Schneiden haben einen Drall um die Fräserachse. Diese Fräser haben u. a. den Vorteil, dass sie im Vergleich zu Fräsern, deren Zähne parallel zur Fräserachse stehen, ruhiger laufen, da die Schnittkraftänderung nicht schlagartig verläuft.

Überwiegend liegt der Schneidenneigungswinkel im Bereich von 0 bis 25°. Weit verbreitet sind Fingerfräser bzw. Walzenfräser mit einem diesem Winkel entsprechenden Drall der Schneiden.

Nach WO 89/04231 liegt der Neigungswinkel (helix angle) zwischen 40° und 60°, vorzugsweise bei 45°. In EP 0 155 216 sind 45° sowie 50° bis 60° angegeben. Gemäß JP 61197116 AA (Abstract) liegt er ebenfalls zwischen 40° - 60°.

Bei diesem Neigungswinkel sowie bei Walzenfräsern ohne bzw. nur einem geringfügigen Drall der Schneiden, schlägt jede Schneide einmal pro Umdrehung auf die zu bearbeitende Oberfläche auf. Dieser Aufschlag führt zu erheblicher Lärmbelastung mit entsprechend der Dreh- und Zähnezahl hoher Frequenz. Darüber hinaus erfolgt durch diesen Aufschlag eine Verdichtung der Oberfläche. Dies führt dazu, dass das Holz insbesondere bei Behandlung mit wässrigen Medien aufquillt und deshalb nachgeschliffen werden muss. Bedingt durch das kinematische Spanungsprinzip entstehen teilweise großvolumige Späne, welche mit dem gesamten Spankollektiv auf Schnittgeschwindigkeit beschleunigt und tangential abgeschleudert werden. Daraus resultieren hohe kinetische Energien der abgetrennten Späne mit diffusen Wirkungsrichtungen. Demzufolge sind für Absaugung und Entstaubung ein hoher energetischer und technischer Aufwand notwendig. Das Problem der vollständigen Span- und Stauberfassung ist heute noch nicht geschlossen gelöst.

Andererseits ist es nicht einfach, einen höheren Überdeckungsgrad zu erreichen, da das Herstellen, Schärfen und Nachschärfen der Schneiden mit zunehmendem Neigungswinkel immer schwieriger bis unmöglich wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Walzenfräser mit einem hohen Überdeckungsgrad der schraubenlinienförmigen Schneiden und Mittel zu seiner Herstellung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Neigungswinkel λ (gern äß DIN 6581) der Schneide im Bereich von 70° bis nahe 90°, insbesondere bei 80° bis 88°, liegt.

Vorzugsweise ist eine Schneide in Form eines vom Werkzeuggrunddkörper lösbaren schraubenlinienfδrmig gebogenen Blattes ausgeführt, die in Nuten, mittels schraubenförmig gebogener Distanzstücke oder seitlicher Anschlagbunde auf dem Schaft positioniert ist.

Zur Befestigung der lösbaren Teile auf dem Grundkörper werden sie vorzugsweise gegeneinander axial verspannt. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung erfolgt die Befestigung durch gegenseitiges Verdrehen der Schneidenenden. Ebenso ist es möglich, die zunächst lösbare Schneide fertig geschliffen herzustellen und dann durch Kleben, Löten oder einen anderen Stoffschluss auf dem Werkzeuggrundkörper zu befestigen.

Durch den großen Neigungswinkel wird ein höherer Überdeckungsgrad der Schneiden erreicht.

Das Werkzeug lässt sich als Umfangsfräser mit einem extrem großen Neigungswinkel λ bezeichnen. Da jedoch durch diese konstruktiv erfinderische Besonderheit ein vollständig geändertes Einsatzverhalten resultiert, kann man diese Werkzeugkonstruktion nicht mehr den konventionellen Umfangswalzenfräsern zuordnen. Das lässt sich auch damit begründen, dass die Zerspankraftrichtung nicht mehr primär tangential sondern auch in wesentlichen Teilen axial ausgeprägt ist. Jede Schneide läuft ein oder mehrfach um den Umfang des Werkzeuges um. Bei Rotation des Werkzeuges um seine übliche Rotationsachse, die hier der Schraubenachse entspricht, werden zwei sich überlagernde Bewegungen ausgeführt: Die tangentiale Bewegung bewirkt einen extrem ziehenden Schnitt, während die axiale Bewegung, einer Säge ähnlich, vornehmlich der Spanabfδrderung dient.

Werkzeugdurchmesser, Neigungswinkel, Zahl der erfindungemäß ineinander liegenden spiralförmigen Schneidenlmien und die Winkel an der Schneide können variiert werden.

Durch den großen Neigungswinkel wird ein wesentlicher Unterschied zwischen den Wirkwinkeln und den angeschliffenen Orthogonalwinkeln erreicht. Wesentliche Funktion hat die Veränderung der Wirkspanwinkel und der Wirkkeilwinkel. Durch die Erhöhung des Wirkspanwinkels und die Verringerung des Wirkkeilwinkels werden verbesserte Schnittbedingungen erreicht.

Dabei hat sich folgende Schneidenorthogonalgeometrie als spanungstechnisch vorteilhaft erwiesen:

Orthogonalkeilwinkel 50 ... 65 Grad

Orthogonalspanwinkel 5 ... 30 Grad

Damit werden Wirkgeometrien im Bereich von:

Wirkkeilwinkel 8 ... 45 Grad

Wirkspanwinkel 40 ... 80 Grad

erreicht. Dabei wird die Verschleißfestigkeit der Schneide nicht entsprechend der Verringerung der Keilwinkel verringert, was zu einem guten Standverhalten führt.

Durch die Neigung der Schneide wird eine wesentliche axiale Komponente der Schnittkraft erzeugt. Zur Anpassung der Schnittkräfte an unterschiedliche Materialien, insbesondere an Verbundwerkstoffe ist es vorteilhaft, die Neigung der Schneide an die einzelnen Schichten des Werkstoffes anzupassen. Damit wird ein Aufplatzen von Verbundwerkstoffen durch die Schnittkräfte verhindert. Die Anpassung des Neigungswinkels kann durch Aufbringen bzw. Anschleifen unterschiedlicher Schneidenformen innerhalb eines Werkzeugteiles oder vorteilhafter Weise durch Zusammensetzen des Werkzeuges aus Teilwerkzeugen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln erfolgen.

Die Anwendung von Spanbrechern auf der Spanfläche hat sich auch bei den erfϊndungsgemäßen Werkzeugen als günstig erwiesen.

Die Vorteile des erfϊndungsgemäßen Wälzfräsers beruhen hauptsächlich auf der konstruktiv bedingten steten Schnittführung aufgrund des permanenten Schneideneingriffes und der wesentlichen Änderung der Wirkgeometrien gegenüber den Orthogonalgeometrien. Damit

wird ein nahezu konstanter Schnittkraftpegel und resultierend eine geringere Lärmemission

erreicht. Hinzu kommen eine starke axiale Richtungsorientierung der entstehenden Späne und die damit verbundene Möglichkeit einer geordneten Spanabführung und -erfassung. Bezüglich der Oberflächenqualität werden starke Verdichtungen der oberflächennahen Schichten der Schnittfläche vermieden. Die auftretenden Kräfte sind stark vergleichmäßigt und ihre Wirkungsrichtung liegt nahezu senkrecht zur Vorschubrichtung Damit kann diese durch die Werkstückauflage aufgenommen werden.

Durch die Kontur der Werkzeuge ist eine sehr gute Festigkeit der Werkzeuge gegeben, so das eine besondere Eignung auch für die HSC -Bearbeitung vorliegt. Die Gefahr des Lösens einzelner Teile der Werkzeuge und die damit verbundene Gefahr der entstehenden Unwucht ist durch die erfindungsgemäße Gestaltung nicht gegeben.

Die Unteransprüche enthalten weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Walzenfräsers.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Werkzeuge erfordert das Aufbringen einer schraubenförmigen Schneide großer gestreckter Länge und konstanter Krümmung. Dies ist mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nicht bzw. nur mit erheblichem Aufwand möglich.

Bei herkömmlicher Herstellung ist die Schneide durch spanende Verfahren aus einem Rohling aus Schneidenmaterial herauszuarbeiten, was zu hohem Aufwand an Arbeit und Schneidenmaterial führt.

Bei der erfindungsgemäßen Herstellung wird entweder die Schneide getrennt vom späteren Werkzeuggrundkörper hergestellt oder es wird auf einen zylindrischen Grundkörper aus einem Trägermaterial eine Schneide aus Schneidenmaterial spiralförmig aufgetragen und nachfolgend zu der gewünschten Schneidenform geschliffen.

Das Auftragen des Schneidenmaterials kann durch Kleben, Löten aber vorteilhafter Weise hauptsächlich durch Auftragsschweißen erfolgen. Vorteilhafter Weise wird das Material während des Auftragsschweißprozesses in der flüssigen Phase vorgeformt, so das nach dem Erstarren nur ein geringer Aufwand für die spanende Feinformung und das Schärfen der Schneide notwendig ist. Dieses Vorformen kann durch Matritzen erfolgen, die das Schneidenmaterial in der flüssigen Phase formen und während des Übergangs in die feste Phase die gegebene Form stabilisieren. Vorteilhafter Weise werden die Formmatritzen aus Keramik oder anderen hoch temperaturfesten Materialien genutzt, wobei das aufzuschmelzende Schneidenmaterial in Form von Draht oder Stangen zugeführt und in

einem formenden Hohlraum geschmolzen wird. Durch die Relativbewegung zwischen Formmatritze und Werkzeug wir die Grobform der spiralförmigen Schneide gebildet, wobei die Erstarrung des Schneidenwerkstoffes durch Wärmeabfluss in den Werkzeugkörper und auch durch zusätzliche Kühlung des formenden Teiles der Matritze erfolgen kann.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Frästisch mit einem erfmdungsgemäßen Walzenfräser und

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Walzenfräser mit lösbarer Schneide.

In Fig. 1 wird das Fräsen eines Werkstücks 2 mit einem erfmdungsgemäß ausgebildeten Walzenfräser 1 gezeigt. Das Werkstück 2 wird in der eingezeichneten Richtung am Maschinenanschlag 5 geführt. Dem Walzenfräser ist eine schematisch dargestellte Absaugeinrichtung 4 zugeordnet. Die Schmalseite des Werkstücks 2 wird bearbeitet. Es entstehen Späne 3. Bei den eingezeichneten Bewegungsrichtungen von Fräser 1 (und damit seiner Schneide) und des Werkstücks 2 werden die Späne 3 quasi von der Schmalseite des Werkstücks abgeschält, und zwar hauptsächlich von oben nach unten.

Gemäß Fig. 2 ist auf einem zylindrischen Werkzeuggrundkörper 6 eine Schneide 7 lösbar befestigt. Die Schneide 7 hat die Form eines schraubenlinienförmig gebogenen Blattes. Die Steigung der Schneide 7 wird mit einem schraubenförmig gebogenen Distanzstück 8 vorgegeben. Schneide 7 und Distanzstück 8 werden auf dem Werkzeuggrundkörper axial verspannt. Die Mittel zur axialen Verspannung (z. B. durch eine Mutter auf einem

Gewindezapfen am freien Ende des Werkzeuggrundkörpers 6 gegen einen Anschlag auf der Einspannseite des Grundkörpers) sind hinlänglich bekannt.

Die Distanzstücke 8 sind austauschbar. Im Axialschnitt gemessen ist ihre axiale "Zahn"-Dicke und damit die Weite zwischen den Gängen der Schneide 7 bzw. deren Steigung und/oder Neigung in Grenzen veränderbar. Bedeutung bekommt diese Veränderbarkeit vor allem bei Wälzfräsern mit großer Schneidenneigung. Die Fertigung bzw. das Nachschleifen der Schneide 7 kann mit Distanzstücken größerer axialer "Zahn"-Dicke erfolgen.

Auch ohne eine weitere Figur ist leicht einzusehen, dass an Stelle des Distanzstückes 8 im Werkzeuggrundkörper auch eine schraubenförmige Nut vorgesehen werden kann. Die Schneide 7 wäre in die Nut ein- und ausschraubbar und könnte mit gegenseitiger Verdrehung ihrer Enden auf dem Grundkörper festgespannt werden.

Bezugszeichenübersicht

Werkzeug

Werkstück

Span

Absaugeinrichtung

Maschinenanschlag

Werkzeuggrundkörper

Schneide

Distanzstück