Mergenthaler, Peter (Altmannshausen 33, Markt Bibart, 91477, DE)
Kammermeier, Dirk (Fabergut 83, Stein, 90547, DE)
Mergenthaler, Peter (Altmannshausen 33, Markt Bibart, 91477, DE)
| 1. | Fräswerkzeug (1), welches um eine Werkzeuglängsachse (A) rotierbar ist, mit einem hülsenförmigen Schaft (2) mit einem innen liegenden, im Wesentlichen symmetrisch zur Werkzeuglängsachse (A) angeordneten Spanabfuhrkanal (11) und einer Absaugöffnung (12), einem koaxial zur Werkzeuglängsachse (A) und zum Schaft (2) auf diesem gehaltenen Fräskopf (3,3a, 3b, 3c) mit einer Stirnschneide (7) und einer Umfangsschneide (9) als Schneiden (7,9), wobei mindestens eine Schneide (7,9) am Umfang des Fräskopfs (3,3a, 3b, 3c) einen positiven Spanwinkel (Ya, Yr) bildet. |
| 2. | Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (ya, yr) am Umfang des Fräskopfs (3,3a, 3b, 3c) minde stens 10° beträgt. |
| 3. | Fräswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Spanwinkel (ya) der Stirnschneide (7) als auch der Spanwinkel (yr) Umfangsschneide (9) am Umfang des Fräskopfs (3,3a, 3b, 3c) mindestens 10° beträgt. |
| 4. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (3,3a, 3b, 3c) einteilig aus einem Schneidwerkstoff gebildet ist. |
| 5. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (Ds) des Schaftes (2) zumindest in einem an den Fräskopf (3, 3a, 3b, 3c) grenzenden Bereich geringer als der Durchmesser (DF) des Fräskopfes (3,3a, 3b, 3c) ist. |
| 6. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (3,3a, 3b, 3c) eine Öffnungsfläche (26) zur Ableitung von Spänen in den Spanabfuhrkanal (11) aufweist, welche mindestens 35% der Querschnittsfläche (F) des Schaftes (2) beträgt. |
| 7. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (HF) des Fräskopfes (3,3a, 3b, 3c) maximal 50 % des Durchmes sers (DF) des Fräskopfes (3,3a, 3b, 3c) beträgt. |
| 8. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (3,3a, 3b, 3c) mindestens dreiflügelig ausgebildet ist. |
| 9. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stirnschneide (7) von einem Rand (15) des Fräskopfes (3,3a, 3b, 3c) bis über die Werkzeuglängsachse (A) hinaus erstreckt. |
| 10. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsschneide (9) an einem Schneideneck (8) an die Stirnschneide (7) grenzt. |
| 11. | Fräswerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneideneck (8), bezogen auf die Richtung der Werkzeuglängsachse (A), das am weitesten axial vom Schaft (2) beabstandete Teil des Fräskopfes (3, 3a, 3b, 3c) ist. |
| 12. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsschneide (9) mit der Werkzeuglängsachse (A) einen Drallwin kel (y) von mindestens 10° einschließt. |
| 13. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (3,3a, 3b, 3c) eine Umfangsstufe (16) aufweist, an welche sich in Richtung zum Schaft (2) hin ein verjüngter Bereich (17) des Fräskopfes (3,3a, 3b, 3c) anschließt. |
| 14. | Fräswerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsschneide (9) an die Umfangsstufe (16) grenzt. |
| 15. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) doppelwandig mit einem Innenschaft (2b) und einem Außen schaft (2a) ausgebildet ist. |
| 16. | Fräswerkzeug nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine seitlich am Außenschaft (2a) angeordnete Fluidzufuhröffnung (21 a, 21 b, 21 c). |
| 17. | Fräswerkzeug nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch einen schraubenförmigen Fluidkanal (5a, 5b, 5c) zwischen dem Innenschaft (2a) und dem Außenschaft (2b). |
| 18. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (DK) des Spanabfuhrkanals (11) mindestens 75% des Schaftdurchmessers (Ds) beträgt. |
| 19. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (Wa) des Außenschaftes (2a) maximal 10 % des Schaft durchmessers (Ds) beträgt. |
| 20. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (Wb) des Innenschaftes (2b) maximal 10 % des Schaft durchmessers (Ds) beträgt. |
| 21. | Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (Wb) des Innenschaftes (2b) geringer als die Wandstärke (Wa) des Außenschaftes (2a) ist. |
Werkstücke aus Leichtmetall, beispielsweise Magnesiumlegierungen, werden häufig spanabhebend bearbeitet. Hierbei ist jedoch die Entstehung von Magnesiumstaub-Luft- Gemischen als problematisch anzusehen. Dieses Problem tritt insbesondere bei der trockenen Zerspanung von Leichtmetalllegierungen auf. Aus diesem Grund ist bei- spielsweise in der DE 44 39 114 A1 ein sehr aufwändiges Verfahren und eine Vorrich- tung zur trockenen, spanabhebenden Bearbeitung, d. h. Zerspanung ohne Kühlmittel- zufuhr, eines Werkstücks aus Leichtmetall vorgeschlagen, wobei das Zerspanungs- werkzeug in einer geschlossenen Bearbeitungskammer angeordnet ist, in der ein Druckgefälle derart eingestellt ist, dass die Bearbeitungsspäne während des Zerspa- nungprozesses aus der Bearbeitungskammer herausgeführt werden. Diese Spanab- fuhrvorrichtung beansprucht einen sehr großen Bauraum. Der hohe apparative Auf- wand ist begründet durch das Explosionsrisiko, das durch die Entstehung trockener Magnesiumspäne und-stäube besonders ausgeprägt ist.
Ein Explosionsrisiko bei der spanabhebenden Leichtmetallbearbeitung lässt sich jedoch auch durch die Verwendung von Kühlschmiermitteln nicht ausschalten. Die Verwen- dung wässriger Emulsionen als Kühlschmiermittel scheidet aus, da Magnesium mit Wasser beim Bearbeitungsvorgang chemisch reagieren würde. Es muss daher auf Kühlschmiermittel auf Ölbasis ausgewichen werden. Diese haben jedoch den Nachteil, dass entstehende Ölnebel-allein oder zusammen mit Leichtmetallstaub-explosi- onsfähig sein können. Ein weiteres Problem stellt die Gesundheitsgefährdung durch die bei der Bearbeitung entstehenden Aerosole dar. Zudem ist das Kühlschmiermittel nach der Verwendung aufwändig aufzubereiten oder zu entsorgen. Ein weiteres Problem stellen beispielsweise auf der oder in der Umgebung der Bearbeitungsmaschine abge- lagerte Leichtmetalistäube dar, die ein Explosionsrisiko nicht nur unmittelbar beim Be- arbeitungsvorgang sondern auch durch eine Aufwirbelung von Staub zu einem späte- ren Zeitpunkt mit sich bringen. Somit sind die spezifischen mit der Zerspanung von
Leichmetallen, insbesondere Magnesium und Magnesiumlegierungen, verbundenen Probleme auch durch die Verwendung von Kühtschmiermittetn nicht behebbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die eine be- sonders rationelle und sicherheitstechnisch unkritische Zerspanung von Leichtmetallen, insbesondere Magnesium und Magnesiumlegierungen, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fräswerkzeug mit den Merkma- len des Anspruches 1. Hierbei weist das Fräswerkzeug einen hülsenförmigen Schaft mit einem innen liegenden Spanabfuhrkanal und einer Absaugöffnung auf. Koaxial zur Werkzeuglängsachse und zum Schaft ist auf diesem ein Fräskopf gehalten, welcher mindestens eine Stirnschneide und mindestens eine Umfangsschneide als Schneiden aufweist. Die Schneidengeometrie mindestens einer der Schneiden, vorzugsweise so- wohl der Umfangsschneide als auch der Stirnschneide, ist zumindest am Umfang des Fräskopfes positiv, d. h. die Stirnschneide und/oder die Umfangsschneide bildet einen positiven Spanwinkel, bevorzugt einen Spanwinkel von mindestens 10°. Der Spanwin- kel der Stirnsschneide ist nicht notwendigerweise über die gesamte Länge der Stirn- schneide konstant. Sofern die Umfangsschneide an die Stirnschneide anschließt, ist durch den Spanwinkel der Stirnschneide am Umfang des Fräskopfes zugleich der auch als Seitenspanwinkel bezeichnete Drallwinkel des Fräskopfes gegeben. Die positive Schneidengeometrie gewährleistet in jedem Fall eine Bearbeitung, bei stark positiven Spanwinkeln in Form eines Schätschnitts, mit geringen Zerspanungskräften, woduch das Werkzeug besonders für die Leichmetalizerspanung geeignet ist.
Die Abfuhr der bei der Bearbeitung eines Werkstücks entstehenden Späne erfolgt überwiegend, vorzugsweise ausschließlich, durch den im Schaft, insbesondere sym- metrisch zur Werkzeuglängsachse, angeordneten Spanabfuhrkanal. Die Absaugöff- nung des Spanabfuhrkanals ist vorzugsweise stirnseitig des Schaftes, dem Fräskopf gegenüberliegend, angeordnet. Aufgrund der Absaugung der Späne durch den Werk- zeugschaft ist keine Bearbeitungskammer zur Spanabsaugung erforderlich.
Das Fräswerkzeug eignet sich insbesondere zur Trockenzerspanung von Leichtmetal- len, wie Magnesium und Magnesiumlegierungen. Aufgrund des Fräskopfes mit minde-
stens einer Stirnschneide und mindestens einer Umfangsschneide ist das Fräswerk- zeug sehr flexibel, beispielsweise zum Zirkularfräsen, einsetzbar. Zwar ist ein Werk- zeug mit innerer Spanabfuhr beispielsweise aus der DE 2 316 762 A bekannt, jedoch handelt es sich hierbei nicht um ein Fräs-sondern um ein Bohrwerkzeug. Dieses Bohr- werkzeug ist hauptsächlich zur Herstellung von Tiefbohrungen vorgesehen. Eine Fräs- bearbeitung ist mit dem Bohrwerkzeug nicht möglich. Dies ist insbesondere daran er- sichtlich, dass das Bohrwerkzeug seitlich angeordnete Stützleisten aufweist, welche das Bohrwerkzeug in der Bohrung führen. Im Gegensatz hierzu weist das erfindungs- gemäße Fräswerkzeug einen Fräskopf auf, welcher sowohl einen Vorschub in Axial- richtung, d. h. in Richtung der Werkzeuglängsachse, als auch einen Vorschub senkrecht zur Werkzeuglängsachse ermöglicht.
Die sofortige Absaugung der Späne durch den Werkzeugschaft verhindert, dass sich Späne auf der Bearbeitungsmaschine absetzen. Eine thermisch bedingte, durch heiße Späne verursachte Deformation des Werkstücks und/oder der Bearbeitungsmaschine ist damit ausgeschlossen. Die Späne können zumindest nahezu vollständig aufgefan- gen und einer weiteren Verwertung zugeführt werden. Der Verzicht auf eine äußere Absaugung der bei der Bearbeitung entstehenden Späne ermöglicht einen schnellen und einfachen Wechsel des Werkzeugs sowie des Werkstücks in der Bearbeitungsma- schine.
Der Fräskopf ist vorzugsweise einteilig aus einem Schneidwerkstoff wie Hartmetall her- gestellt. Der Fräskopf ist hierdurch besonders stabil und auch für kleinere Werk- zeugdurchmesser, beispielsweise unter 15 mm, geeignet. Der Fräskopf weist keine ge- sonderten, beispielsweise eingelöteten oder anschraubbaren Schneideinsätze auf. Die vollständig einteilige Ausbildung des Fräskopfes aus einem Schneidwerkstoff umfasst auch Ausführungsformen, bei denen einzelne Volumen-oder Oberflächenbereiche des Fräskopfes, beispielsweise in Form einer Beschichtung, eine von anderen Teilen des Fräskopfes abweichende Zusammensetzung oder Beschaffenheit aufweisen.
Der Durchmesser des Fräskopfes übersteigt vorzugsweise den Durchmesser des Schaftes zumindest in dem Bereich des Schaftes, der an den Fräskopf anschließt.
Hierdurch ist sichergestellt, dass sowohl bei einer Bohr-als auch bei einer Fräs-, insbe-
sondere Zirkularfräsbearbeitung der Schaft des Fräswerkzeuges nicht mit dem zu be- arbeitenden Werkstück in Kontakt kommt.
Zur Abfuhr der Späne durch den Spanabfuhrkanal weist der Fräskopf eine einteilige oder mehrteilige Öffnungsfläche auf. Um eine zuverlässige Spanableitung zu gewähr- leisten und das Risiko eines Spanstaus auszuschließen, beträgt die Öffnungsfläche des Fräskopfes vorzugsweise mindestens 35%, insbesondere mindestens 50% der Quer- schnittsfläche des Schaftes. Die Ausbildung des Fräskopfes mit entsprechend geringen Materialstärken ist problemlos realisierbar, soweit das Fräswerkzeug ausschließlich zur Leichtmetallzerspanung bestimmt ist.
Eine zuverlässige Spanableitung in den Werkzeugschaft ist bevorzugt dadurch erleich- tert, dass die Dicke des Fräskopfes maximal 50% des Durchmessers des Fräskopfes trägt. Hierdurch werden die Späne auf sehr kurzem Weg vom Werkstück in den Spanabfuhrkanal gefördert. Die Gefahr eines Staus von Spänen im Fräskopf ist damit äußerst gering.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Fräskopf mindestens dreiflügelig, mit mindestens drei Stirnschneiden und mindestens drei Umfangsschneiden ausgebildet.
Hierdurch sind die Kräfte bei der Zerspanung im Gegensatz beispielsweise zu einem Einlippenbohrer zumindest annähernd symmetrisch verteilt. Die drei-oder mehrflügeli- ge, beispielsweise fünfflügelige, Ausbildung des Fräskopfes hat zudem den Vorteil, dass, beispielsweise im Vergleich zu einer Ausführungsform mit lediglich zwei Stirn- schneiden, relativ kurze Späne entstehen, welche leicht durch den innenliegenden Spanabfuhrkanal absaugbar sind. Je kleiner ein Span ist, desto größer ist dessen spe- zifische Oberfläche. Ein kleiner Span wird daher besonders gut durch einen Luftstrom im Spanabfuhrkanal abtransportiert. Bei der Herstellung einer Bohrung durch Zirkular- fräsen treten, unabhängig von der Form des Fräskopfes, im Vergleich zum Bohren kür- zere Späne auf. Das Fräswerkzeug ist daher zum Zirkularfräsen besonders geeignet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Fräskopf nicht vollständig rota- tionssymmetrisch Vielmehr erstreckt sich die Stirnschneide bzw. eine der Stirnschnei- den vom Umfang des Fräskopfes bis über die Werkzeuglängsachse hinaus, wobei die
Stirnschneide nicht notwendigerweise die Werkzeuglängsachse schneidet. Hierdurch ist ausgeschlossen, dass bei der Bearbeitung ein Kern, vergleichbar einem Bohrkern, stehen bleibt. Über praktisch den gesamten Querschnitt des Fräswerkzeuges wird das Werkstück definiert zerspant, d. h. ein bloßes Verdrängen von Material beim Bearbei- tungsvorgang tritt praktisch nicht auf. Mit dem Fräswerkzeug sind damit lange Stand- zeiten realisierbar.
Die Stirnschneide des Fräskopfes grenzt vorzugsweise an einem so genannten Schneideneck direkt an die Umfangsschneide. Das am Umfang des Fräskopfes ange- ordnete Schneideneck ermöglicht die Herstellung exakter Konturen am Werkstück. Das Schneideneck ist dabei bevorzugt das, bezogen auf die Richtung der Werkzeuglängs- achse, am weitesten axial vom Schaft beabstandete Teil des Fräskopfes, d. h. das Schneideneck ist innerhalb des Fräswerkzeuges am weitesten vorn angeordnet. Wird mit dem Fräswerkzeug, beispielsweise durch Zirkularfräsen, eine Vertiefung in einem Werkstück hergestellt, so kann diese Vertiefung, da das Schneideneck am Fräskopf am weitesten vorn angeordnet ist, vollständig eben erzeugt werden. Eine Voraussetzung hierfür ist, dass eine ausreichende seitliche, d. h. radiale, Bewegungsfreiheit beim Frä- sen existiert. Beim Aufsetzen des Werkzeugs auf das Werkstück hebt zunächst ledig- lich das Schneideneck vom Werkstück einen Span ab. Die Zerspanungskräfte sind da- her bei Beginn des Zerspanungsvorgangs sehr gering.
Eine besonders günstige Zerspanungsgeometrie, insbesondere bei der Leichtmetall- zerspanung, ist des Weiteren vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Schneideneck spitzwinklig ausgebildet ist. Um eine besonders ausgeprägte spitzwinklige Form des Schneidenecks zu erreichen, bilden an dieser Stelle sowohl die Stirnschneide als auch die Umfangs-oder Radialschneide bevorzugt jeweils einen positiven Spanwinkel, näm- lich einen axialen Spanwinkel beziehungsweise einen radialen Spanwinkel. Hierbei ist durch den Winkel, den die an die Spanfläche der Stirnschneide grenzende Umfangs- schneide am Schneideneck mit der Werkzeuglängsachse einschließt, an dieser Stelle der axiale Spanwinkel, d. h. der Spanwinkel der Stirnschneide gegeben. Dieser Winkel, welcher einen Drall-oder Spiralwinkel des Fräskopfes bildet, beträgt bevorzugt minde- stens 10°, insbesondere mindestens 30°. Zugleich ist an der Umfangsschneide ein am Schneideneck durch die Lage der Stirnschneide gegebener radialer Spanwinkel gebil-
det, welcher bevorzugt ebenfalls mindestens 10°, insbesondere mindestens 15°, be- trägt. Durch die hoch positive Auslegung sowohl der axialen als auch der radialen Schneide, d. h. der Stirn-sowie der Umfangsschneide, sind sowohl axiale als auch ra- diale Vorschubbewegungen leicht ausführbar.
Der Fräskopf ist mit dem Schaft vorzugsweise dauerhaft, beispielsweise durch Lötung, verbunden. Eine besonders stabile Verbindung ist hierbei insbesondere dadurch er- reichbar, dass der Schaft den Fräskopf teilweise umschließt. Hierzu weist der Fräskopf, beispielsweise etwa in der Mitte dessen Höhe, eine so genannte Umfangsstufe auf, an welche sich in Richtung zum Schaft hin ein verjüngter Bereich des Fräskopfes an- schließt. Zur spanabhebenden Bearbeitung steht der über den Schaft hinausragende Teil des Fräskopfes zur Verfügung. Um diesen Teil weitestmöglich für die Zerspanung zu nutzen, dehnt sich die Umfangsschneide bevorzugt vom Schneideneck bis zur Um- fangsstufe aus.
Eine erhöhte Stabilität des Schaftes ist erreichbar, indem dieser doppelwandig mit ei- nem Innenschaft und einem Außenschaft ausgebildet ist. Durch diese doppelwandige Ausbildung ist insbesondere auch der Zwischenraum zwischen dem Innenschaft und dem Außenschaft nutzbar. Vorzugsweise ist der Zwischenraum des Schaftes für die Zuführung eines Fluides, insbesondere Druckgases, beispielsweise Druckluft, vorgese- hen, während der Innenschaft die Wandung des Spanabfuhrkanals bildet. Durch die Zuführung von Druckluft durch eine hierfür vorgesehene Fluidzufuhröffnung, welche vorzugsweise seitlich am Außenschaft angeordnet ist, wird die Spanableitung unter- stützt. Zusätzlich oder alternativ zur Druckluft ist durch die Fluidzufuhröffnung bei- spielsweise auch ein Kühlschmiermittel zuführbar. Der zwischen dem Innenschaft und dem Außenschaft gebildete Fluidkanal weist vorzugsweise eine Schraubenform auf.
Dies hat den Vorteil, dass das am Schaftende auf den Fräskopf und die Bearbeitungs- stelle geleitete Fluid, z. B. Kühlschmiermittel, zusätzlich zur axialen Strömungsrichtung eine tangentiale Strömungskomponente aufweist und damit entstehende Späne sofort zum Spanabfuhrkanal hin abführt. Die Eindüsung von Kühlschmiermittel am Fräskopf kann dabei in der Art einer Wasserstrahlpumpe gestaltet sein. Der schraubenförmige Fluidkanal ermöglicht zusätzlich, zwischen dem Innenschaft und den Außenschaft ent-
sprechend schraubenförmige Abstützelemente anzuordnen und damit die Stabilität des Schaftes weiter zu erhöhen.
Der Spanabfuhrkanal sollte in Relation zum Durchmesser des Fräswerkzeuges großzü- gig dimensioniert sein, um eine störungsfreie Spanableitung zu gewährleisten. Bevor- zugt beträgt der Durchmesser des Spanabfuhrkanals mindestens 75% des Schaft- durchmessers. Im Fall eines doppelwandigen Schaftes beträgt der innere Innenschaft- durchmesser, welcher den Durchmesser des Spanabfuhrkanals definiert, mindestens 75% des mit dem Schaftdurchmesser identischen äußeren Durchmessers des Außen- schaftes. Die Wandstärken des Außenschaftes sowie des Innenschaftes betragen da- bei vorzugsweise jeweils maximal 10% des Schaftdurchmessers. Da die Aufnahme zumindest des Hauptanteils der Zerspanungs-und Einspannkräfte durch den Außen- schaft vorgesehen ist, übersteigt die Wandstärke des Außenschaftes vorzugsweise die Wandstärke des Innenschaftes.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass durch einen innenliegenden Spanabfuhrkanal eines Fräswerkzeuges, welches einen Fräskopf mit sowohl minde- stens einer Stirnschneide als auch mindestens einer Umfangsschneide aufweist, eine sehr rationelle Bearbeitung mit axialem und/oder radialem Vorschub, insbesondere Zir- kularfräsbearbeitung, eines Werkstücks, insbesondere aus einem Leichtmetall, bei- spielsweise Magnesium, ermöglicht ist.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Darin zeigen : Fig. 1A, B in perspektivischer Darstellung ein Fräswerkzeug mit innen liegen- dem Spanabfuhrkanal, Fig. 2A bis 2C in verschiedenen Ansichten den Fräskopf des Fräswerkzeuges nach Fig. 1A, B, Fig. 3A bis 3E einen Schaft eines Fräswerkzeuges mit innen liegendem Spanab- fuhrkanal, Fig. 4A bis 4E einen fünfflügeligen Kopf für ein Fräswerkzeug mit innen liegendem Spanabfuhrkanal,
Fig. 5A bis 5E einen dreiflügeligen Kopf für ein Fräswerkzeug mit innen liegendem Spanabfuhrkanal, Fig. 6A bis 6H eine alternative Ausführungsform eines dreiflügeligen Fräskopfes, Fig. 7 ein hydraulisches Dehnspannfutter mit einem eingespannten Fräs- werkzeug, und Fig. 8A bis 8D ein Fräswerkzeug sowie eine Einspann-und Versorgungsvorrich- tung Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1A, 1B zeigen in perspektivischer Gesamtansicht bzw. ausschnittsweise ein Fräswerkzeug 1 mit einem Schaft 2 und einem im Wesentlichen scheibenförmigen Fräskopf 3. In den Fig. 2A bis 2C ist in verschiedenen Ansichten der Fräskopf 3 allein dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 2A den Fräskopf 3 von unten, d. h. mit Blickrichtung aus dem Schaft 2 heraus, Fig. 2B den Fräskopf 3 von oben, und Fig. 3C eine Seiten- ansicht des Fräskopfes 3. Der Schaft 2 des Fräswerkzeuges 1 ist doppelwandig mit einem Außenschaft 2a und einem Innenschaft 2b ausgebildet. Der Fräskopf 3 ist zur Verdeutlichung dieser Ausbildung in den Fig. 1A, 1 B vom Schaft 2 abgesetzt dargestellt.
Der Innenschaft 2b ist derart exzentrisch zum Außenschaft 2a angeordnet, dass der Innenschaft 2a an dessen Umfang an einem Kontaktbereich 4, welcher sich parallel zur Achse A des Fräswerkzeuges 1 längs des Schaftes 2 erstreckt, am Außenschaft 4 an- liegt. Der Innenschaft 2b ist mit dem Außenschaft 2a am Kontaktbereich 4, beispiels- weise durch Lötung, dauerhaft verbunden. Gegenüber dem Kontaktbereich 4 ist im Schaft 2 zwischen dem lnnenschaft 2b und dem Außenschaft 2a ein im Querschnitt etwa sichelförmiger Fluidkanal 5 gebildet. Durch den Fluidkanal 5 ist ein Fluid, bei- spielsweise Druckluft und/oder Kühlschmiermittel, dem Fräskopf 3 zuführbar. Der Fräskopf 3 weist an dessen Stirnseite 6 eine Stirnschneide 7 sowie an diese an einem Schneideneck 8 angrenzend eine Umfangsschneide 9 auf. Ein an den Schneiden 7,9 gebildeter Span, insbesondere Leichtmetallspan, tritt durch einen Spalt 10 in einen vom Innenschaft 2b eingeschlossenen Spanabfuhrkanal 11 ein und ist durch eine Absau- göffnung 12 hindurch, weiche am Schaftende 13 in einem verdickten Bereich 14 des Schaftes 2 angeordnet ist, absaugbar. Der verdickte, mechanisch besonders stabile
Bereich 14 dient der Aufnahme der auf das Fräswerkzeug 1 im Dehnspannfutter 27 (Fig. 7) oder im Gehäuse mit vertikaler Absaugung einwirkenden Spannkräfte.
Die Stirnschneide 7 weist eine Radialschneide 7a sowie eine an diese angrenzende, teilweise gekrümmte, im Vergleich zu dieser relativ kurze, an das Schneideneck 8 gren- zende Schrägschneide 7b auf. Insgesamt erstreckt sich die Stirnschneide 7 von einem Rand 15 des Fräskopfes 3 im Wesentlichen radial bis über die Werkzeugachse A hin- aus. Die Umfangsschneide 9 schließt am Schneideneck 8 mit einer zur Werkzeu- glängsachse A parallelen Geraden einen in diesem Ausführungsbeispiel konstanten Drallwinkel y von etwa 45° ein, welcher einem axialen Spanwinket ya der Stirnschneide 7 entspricht (s. Fig. 6G). Zugleich bildet die Umfangsschneide 9, wie insbesondere aus Fig. 2A und Fig. 2B ersichtlich ist, einen radialen Spanwinkel-Y,. von ca. 15° bis 20°, welcher an der Stirnseite 6 des Fräskopfes 3 durch die Lage der Stirnschneide 7 gege- ben ist und nicht notwendigerweise über die gesamte Länge der Umfangsschneide 9 konstant ist. Am Schneideneck 8 ergibt sich somit durch die Schrägstellung der Schneiden bzw. Schneidenabschnitte 9,7b eine hoch positive Schneidengeometrie.
Aufgrund dieser Schneidengeometrie ist das Fräswerkzeug 1 besonders zur Leichtme- talizerspanung, insbesondere zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, geeignet.
Der Fräskopf 3 weist, wie insbesondere aus der Fig. 2C ersichtlich ist, eine Umfangs- stufe 16 auf, durch welche ein verjüngter Bereich 17 von einem vorderen, die Schnei- den 7,9 tragenden Bereich 18 abgegrenzt ist. Am verjüngten Bereich 17 ist der Fräskopf 3 mit dem Außenschaft 2a durch Lötung, Schweißung oder Klebung verbind- bar. Der Durchmesser Ds, den der Schaft 2 in dessen an den Fräskopf 3 grenzenden Bereich aufweist, ist etwas geringer als der Durchmesser DF des Fräskopfes 3, welcher durch den zweifachen maximalen Abstand der Umfangsschneide 9 von der Werkzeu- glängsachse gegeben ist.
Die Fig. 3A bis 3E zeigen in verschiedenen Darstellungen einen Schaft 2, welcher als Teil eines Fräswerkzeuges 1 beispielsweise mit einem Fräskopf 3 nach den Fig. 2A bis 2C einsetzbar ist. Der Schaft 2 ist doppelwandig ausgebildet, wobei die Wandstärke WA des Außenschaftes 2a größer ist als die Wandstärke Ws des Innenschaftes 2b (s. Fig.
1A, B). Der Innenschaft 2b ist in diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 3A-E) symmetrisch
im Außenschaft 2a angeordnet, welcher in dessen zur Aufnahme in einer Bearbei- tungsmaschine vorgesehenem hinterem Bereich, welcher den verdickten Bereich 14 umfasst, mehrfach profiliert sein kann. Innerhalb des zwischen dem Innenschaft 2b und dem Außenschaft 2a gebildeten Ringraumes 19 befinden sich drei separate schrau- benförmige Fluidkanäle 5a, b, c. Zwischen den einzelnen Fluidkanälen 5a, b, c befinden sich im Ringraum 19 jeweils ebenso schraubenförmige Stege 20a, b, c. Jeder Fluida- nal 5a, b, c weist jeweils am Schaft 2 eine Fluideintrittsöffnung 21a, b, c sowie am zur Aufnahme des Fräskopfes 3 vorgesehenen vorderen Ende 22 des Schaftes 2 eine Fluidaustrittsöffnung 23a, b, c auf. Die Fluidkanäle 5a, b, c eignen sich insbesondere da- zu, in Form einer Minimalmengenschmierung Kühlschmiermittel dem Fräskopf 3 zuzu- führen. Für die Zuführung des unter Druck stehenden Fluides ist ein geringer Quer- schnitt der Fluidkanäle 5a, b, c im Vergleich zum gesamten Querschnitt des Schaftes 2 ausreichend. Der größte Teil der Querschnittsfläche F des Schaftes 2 steht für die Spanabfuhr zur Verfügung. Unter der Querschnittsfläche F wird hierbei diejenige Quer- schnittsfläche des Schaftes 2 verstanden, die dieser an dessen vorderem Ende 22 un- mittelbar anschließend an den Fräskopf 3 aufweist. Der Durchmesser DK des Spanab- fuhrkanals 11, welcher durch den Innendurchmesser des Innenschaftes 2b gegeben ist, beträgt mehr als 90% des Schaftdurchmessers Ds, welcher durch den Außendurch- messer des Außenschaftes 2a im Bereich dessen vorderen Endes 22 gegeben ist. Auf diese Weise ist ein hoher Massenstrom an Spänen und Gas, insbesondere Luft, gege- benenfalls vermischt mit Kühlschmiermittel, durch den Spanabfuhrkanal 11 ermöglicht.
Die Fig. 4A-E, 5A-E, 6A-G zeigen verschiedene Ausführungsformen von Fräsköp- fen 3a, 3b, 3c, welche einstückig oder einteilig aus einem Schneidwerkstoff, insbesonde- re Hartmetall, Cermet oder Keramik, insbesondere PKD-und CBN-bestückt, hergestellt und mit einem Schaft 2 nach Fig. 3A-E zu einem Fräswerkzeug 1 verbindbar, insbe- sondere verlötbar, sind. Die Fräsköpfe 3a, 3b, 3c sind für verschiedene Arten von Fräs- bearbeitungen, insbesondere zum Zirkularfräsen, geeignet. Beim Zirkularfräsen rotiert das Fräswerkzeug 1 um die Werkzeuglängsachse A und gleichzeitig die Achse A um eine zu dieser parallelen weiteren Achse. Auf diese Weise ist eine Bohrung herstellbar, deren Durchmesser größer als der Durchmesser DF des Fräskopfes 3,3a, 3b, 3c ist. Es ist somit eine Vielzahl von Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Fräswerkzeugen 1 herstellbar. Die Zirkularfräsbe-
arbeitung hat im Vergleich zur Herstellung einer Bohrung mit einem Bohrwerkzeug des Weiteren den Vorteil, dass bei der Zerspanung lediglich kurze Späne entstehen, welche leicht von der Bearbeitungsstelle abführbar sind.
Der Fräskopf 3a nach Fig. 4A-E ist fünfflügelig oder fünfschneidig mit fünf Stirnschnei- den 7 und fünf Umfangsschneiden 9 ausgebildet. Vier der fünf Stirnschneiden 7 sind als so genannte Kurzschneiden 24 ausgebildet, während eine der Stirnschneiden 7 als so genannte Langschneide 25 ausgebildet ist, welche sich im Gegensatz zu den Kurz- schneiden 24 vom Rand 15 des Fräskopfes 3a über die Werkzeuglängsachse oder kurz Achse A hinaus erstreckt. Die Umfangsschneiden 9 haben in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine geknickte Form mit einem an das Schneideneck 8 grenzen- den vorderen Schneidenbereich 9a, welcher den Drallwinkel, welcher dem axialen Spanwinkel ya entspricht, von etwa 30° mit der Werkzeuglängsachse A einschließt, und mit einem hinteren Schneidenbereich 9b, welcher parallel zur Werkzeuglängsachse A verläuft. Durch den gegenüber der Werkzeuglängsachse A schräg gestellten vorderen Schneidenbereich 9a ist eine besonders positive Schneidengeometrie insbesondere am Schneideneck 8 erreicht. Hierdurch ist insbesondere bei der Leichtmetallbearbei- tung eine Zerspanung mit einer hohen Oberflächenqualität am bearbeiteten Werkstück und mit geringen Schnittkräften ermöglicht. Der mit der Schrägstellung des vorderen Schneidenbereichs 9a der Umfangsschneide 9 erzielte Effekt ist mit dem mit der Schrägstellung der Schrägschneide 7b der Stirnschneide 7 erzielten Effekt vergleich- bar, wobei beide Effekte in sich verstärkender Weise gleichzeitig an einem Fräskopf 3,3a realisierbar sind.
Der Fräskopf 3a weist in Draufsicht (Fig. 4A, Ansicht von unten) eine entsprechend der Anzahl der Stirnschneiden fünfteilige Öffnungsfläche 26 auf, durch welche gebildete Späne zum Spanabfuhrkanal 11 hin abtransportierbar sind. Die Größe der Öffnungsflä- che 26 variiert längs der Achse A des Fräswerkzeuges 1, beträgt jedoch in jedem Fall mindestens 35% der Querschnittsfläche F des Schaftes 2. Die Fräskopfhöhe HF beträgt weniger als 50% des Fräskopfdurchmessers DF. Gebildete Späne werden damit auf sehr kurzem Weg in den Spanabfuhrkanal 11 eingeleitet. Der verjüngte Bereich 17 des Fräskopfes 3a ist leicht konisch ausgebildet, um ein leichtes Einsetzen des Fräskop- fes 3a in den entsprechend geformten Schaft 2 (Fig. 3A-E) zu ermöglichen.
Der in den Fig. 5A-5E dargestellte Fräskopf 3b ist dreiflügelig ausgebildet und ent- spricht im Übrigen weitgehend dem Fräskopf 3a nach Fig. 4A-4E. Der in den Fig. 6A- 6H dargestellte Fräskopf 3c ist eine weitere Ausführungsformen eines dreiflügeligen Fräskopfes mit einer besonders großen Öffnungsfläche 26. Der Fräskopf 3c weist im Bereich der Achse A an dessen Stirnseite 6 eine Vertiefung 40 auf. Die Umfangsstufe 16 ist beim Fräskopf 3c besonders deutlich ausgeprägt. Insbesondere aus der Seiten- ansicht nach Fig. 6C ist ferner ersichtlich, dass die Stirnschneiden 7 vom Rand 15 des Fräskopfes 3c zur Achse A hin etwas abfallen, d. h. die Stirnschneiden 7 am jeweiligen Schneideneck 8 maximal vom Schaft 2 axial beabstandet sind. Die an den Schneiden 7,9 gebildeten Winkel, nämlich der axiale Freiwinkel aa, der axiale Keiiwinke ! ßa, und der axiale Spanwinkel ya an der Stirnschneide 7, sowie der radiale Freiwinkel ar, der radiale Keilwinkel ßr, und der radiale Spanwinke ! yr an der Umfangsschneide 9 sind aus Fig. 6G und 6H ersichtlich. Hieraus geht weiterhin hervor, dass der axiale Spanwinkel ya größer ist als der radiale Spanwinkel yr, wodurch eine besonders leichte Spanabfuhr in axialer Richtung ermöglicht ist.
Die Fig. 7 sowie 8A-8D zeigen ein Fräswerkzeug 1, welches in einem Hydraulikdehn- spannfutter 27 bzw. in einer Spann-und Versorgungsvorrichtung 28 eingespannt ist. In der Spann-und Versorgungsvorrichtung 28 ist das Fräswerkzeug 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel ohne hydraulischen Spannmechanismus einspannbar, jedoch ist die Integration eines solchen hydraulischen Spannmechanismus'ebenso möglich. Die Spann-und Versorgungsvorrichtung 28 ermöglicht sowohl eine Fluidzufuhr zu den Fluidkanälen 5a, b, c als auch eine Span-und gegebenenfalls Fluidabsaugung aus der Absaugöffnung 12. Hierzu weist die Spann-und Versorgungsvorrichtung 28 einen Fluidzufuhrstutzen 29 sowie einen Absaugtrichter 30 auf, welche an nicht dargestellte Ver-bzw. Entsorgungsvorrichtungen anschließbar sind.
Durch den Fluidzufuhrstutzen 29 ist dem Fräswerkzeug 1 über einen Kühlmittelring 31 Druckluft und/oder Kühlschmiermittel zuführbar. Alternativ können auch gesonderte Fluidzufuhrstutzen 29 für die Druckluftzufuhr einerseits und die Kühlschmiermittelzufuhr andererseits vorgesehen sein. In jedem Fall entspricht der durch den bzw. die Fluidzu-
fuhrstutzen 29 dem Fräswerkzeug 1 zugeführte Massenstrom-ohne Berücksichtigung der Masse der Späne-etwa dem über den Absaugtrichter 30, welcher mit einem Un- terdruck beaufschlagbar ist, aus der Absaugöffnung 12 abgesaugten Massenstrom. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Späne vollständig und unmittelbar nach deren Bildung durch den innenliegenden Spanabfuhrkanal 11 hindurch abtransportiert wer- den.
Die Spann-und Versorgungsvorrichtung 28 weist ein Lagergehäuse 32 auf, in welchem mit Hilfe eines vorderen Kugellagers 33 und eines hinteren Kugellagers 34 eine Grund- aufnahme 35, welche den Schaft 2 konzentrisch hält, rotierbar gelagert ist. Die im We- sentlichen rotationssymmetrische Grundaufnahme 35 ist, um eine Zuführung von Druckluft und/oder Kühlschmiermittel sowie eine Spanabfuhr zum beziehungsweise vom Fräswerkzeug zu ermöglichen, mehrfach durchbrochen. Auf der dem Fräskopf 3 zugewandten, vorderen Seite des Lagergehäuses 32 sind zur Einspannung und Siche- rung der Grundaufnahme 35 sowie des Schaftes 2 eine innere Haltemutter 36, eine äußere Haltemutter 37, zwei Mitnahmestifte 38 und ein Sicherungsring 39 vorgesehen.
Bezugszeichenliste 1 Fräswerkzeug 2 Schaft 2a Außenschaft 2b Innenschaft 3a, b, c, d Fräskopf 4 Kontaktbereich 5a, b, c Fluidkanal 6 Stirnseite 7 Stirnschneide 7a Radiaischneide 7b Schrägschneide 8 Schneideneck 9 Umfangsschneide 9a vorderer Schneidenbereich 9b hinterer Schneidenbereich 10 Spalt 11 Spanabfuhrkanal 12 Absaugöffnung 13 Schaftende 14 verdickter Bereich 15 Rand 16 Umfangsstufe 17 verjüngter Bereich 18 vorderer Bereich 19 Ringraum 20a, b, c Steg 21 a, b, c Fluideintrittsöffnung 22 vorderes Ende 23a, b, c Fluidaustrittsöffnung 24 Kurzschneide 25 Langschneide 26 Öffnungsfläche 27 Hydraulikdehnspannfutter 28 Spann-und Versorgungsvorrichtung 29 Fluidzufuhrstutzen 30 Absaugtrichter 31 Kühimittelring 32 Lagergehäuse 33 Kugellager 34 Kugellager 35 Grundaufnahme 36 Haltemutter 37 Haltemutter 38 Mitnahmestift 39 Sicherungsring 40 Vertiefung y Drallwinkel aa axialer Freiwinkel ßa axialer Keilwinkel ya axialer Spanwinkel ar radialer Freiwinkel ßr radialer Keilwinkel yr radialer Spanwinkel A Werkzeuglängsachse DK Durchmesser Spanabfuhrkanal Ds Durchmesser Schaft D Durchmesser Fräskopf F Querschnittsfläche HF Fräskopfhöhe WA Wandstärke WB Wandstärke