Anzahl Zähne
Es gibt einen weiteren wichtigen Parameter beim Schaftfräser, der sich hauptsächlich in der Ansicht der Stirnfläche widerspiegelt, nämlich die Anzahl der Zähne des Schaftfräsers.
Es gibt mehrere Kombinationen aus der Gesamtzahl der Zähne und der Anzahl der Zähne, die die Mitte des Schaftfräsers kreuzen, wie in Abbildung 3-14 von links nach rechts gezeigt: Einzelzahnfräser, 2-Zahn-Fräser - 2 Zahn unter der Mitte, 2-Zahn-Fräser - 1 Zahn unter der Mitte, 3-Zahn-Fräser - 1 Zahn unter der Mitte, 4-Zahn-Fräser - 2 Zahn über der Mitte und Mehrzahn-Fräser - 0 Zahn unter der Mitte. Die Anzahl der Fräszähne des Fräsers hängt mit der Fräsleistung zusammen und die Steifigkeit des Fräsers hängt mit dem Durchmesser des Kerns des Fräsers zusammen. Abbildung 3-15 ist ein vereinfachtes Diagramm der Beziehung zwischen der Anzahl der Zahnzähne des Fräsers und der Steifigkeit und Spankapazität des Fräsers.
Der 2-Zahn-(Nut-)Fräser zeichnet sich durch einen großen Spanraum und eine ungenügende Steifigkeit aus, welcher für langspanende Werkstoffe geeignet ist.
Der 3-Zahn-(Nut-)Fräser zeichnet sich durch großen Spanraum, gute Steifigkeit, hohe Schnittleistung und gute Vielseitigkeit aus.
Der 4-Zahn-(Schlitz-)Fräser zeichnet sich durch einen leichten Mangel an Spanabfuhrraum aus, jedoch verfügt der Fräser über eine gute Steifigkeit, die für eine effiziente Endbearbeitung und eine gute Oberflächenqualität des Werkstücks geeignet ist.
Der 6-Zahn-(Schlitz-)Fräser zeichnet sich durch einen sehr kleinen Spanabfuhrraum aus, weist jedoch eine ausgezeichnete Steifigkeit auf. Dieser Fräser eignet sich sehr gut für die Endbearbeitung, effiziente Bearbeitung, Bearbeitung mit hoher Härte und die Qualität der Bearbeitungsoberfläche ist sehr gut.
Natürlich ist es möglich, den Spanraum bei gleicher Zähnezahl zu vergrößern, dies führt jedoch zu einer Verringerung der Steifigkeit. Diese Geometrie (siehe Abbildung 3-16) eignet sich zum Bearbeiten von Nichteisenmetallen mit geringer Festigkeit, wie Aluminium und Kupfer. Einerseits ist die Schnittkraft des Werkzeugs aufgrund der geringen Festigkeit dieser Metallart gering und die vom Werkzeug benötigte Kraft ebenfalls gering, sodass die geringere Festigkeit für eine solche Fräsaufgabe immer noch ausreicht; andererseits weist diese Art von Material aufgrund seiner geringen Schnittkraft eine geringe Schnittwärme auf.
Gerade weil bei dieser Art von Material die Schnittkraft und Schnittwärme gering sind und die Schnittmenge nach Erhöhung der Spanhaltekapazität erhöht werden kann, die erhöhte Schnittmenge jedoch auch die Schnittkraft erhöht, muss die Steifigkeit des Werkzeugs verbessert werden. Daher muss ein Schaftfräser mit doppeltem Kerndurchmesser verwendet werden, wie in Abbildung 3-17 gezeigt. Der hier gezeigte Fräser ist ein Jabro-Solid von Seco Tools in Farbe, während der Proto·max TM tG von Walter Tools in Grau dargestellt ist. Das Design mit doppeltem Kerndurchmesser sorgt für ein gewisses Gleichgewicht zwischen Spanhaltekapazität und Werkzeugsteifigkeit.
Abbildung 3-18 ist eine schematische Darstellung des Nutbodens eines speziell modifizierten Fräsers. In diesem Fall ist die Steifigkeit des modifizierten Fräsers viel höher als die des normalen Standardnutbodens, und die Verformung der Späne während der Entladung wird verstärkt und die Späne sind fester.
Bei gleicher Zähnezahl gibt es eine unterschiedliche Struktur, also ungleiche Zähne. Abbildung 3-19 ist eine schematische Darstellung von zwei Arten ungleicher Fräser. Die ungleichen Fräserzähne können beim Schneiden wechselnde Schnittfrequenzen erzeugen, was nicht leicht mit der Werkzeugmaschine in Resonanz tritt und die Werkzeugvibration beim Fräsen unterdrückt.
Die Spanleistung des Fräsers hängt neben der Zähnezahl auch von den geometrischen Parametern der Umfangszähne ab. Nachfolgend wird auf die Umfangszähne des Fräsers eingegangen.
3-14
3-15
3-16
3-17
3-18
3-19
Umlaufende Zähne
Die Schneidzähne am äußeren Kreis des Schaftfräsers werden als Umfangszähne bezeichnet. Der Umfangszahn ist der Hauptteil des Schaftfräsers, der beim Seitenwandfräsen eingesetzt wird.
◆ Spiralwinkel
Der erste zu besprechende Parameter des Umfangszahns ist der Spiralwinkel, also der Winkel zwischen der Tangente der spiralförmigen Schneide des Fräsers und der Achse des Fräsers, wie in Abbildung 3-20 dargestellt.
In der Schneidtheorie ist der Spiralwinkel gleichzeitig der axiale Spanwinkel am äußeren Kreis des Werkzeugs (den axialen Spanwinkel und den zugehörigen Text finden Sie in Abbildung 1-33).
Die Haupteffekte unterschiedlicher Spiralwinkel von Schaftfräsern auf die Schneidleistung sind in Abbildung 3-21 dargestellt. Wie Sie der Abbildung entnehmen können, hat der gerade genutete Schaftfräser (Spiralwinkel 8-0 Grad) auf der rechten Seite aufgrund des axialen Spanwinkels von Null keine axiale Schnittkraft und die gesamte Schnittkraft liegt in der radialen Richtung mit der geringsten Steifigkeit, sodass er zum Rattern neigt. Andererseits sind die linken und mittleren Spiralnutfräser aufgrund eines Teils der Schnittkraft in axiale Richtungen unterteilt (die axiale Richtung ist die Richtung mit der besten Steifigkeit des Fräsers), und die radiale Belastung wird reduziert, und das Rattern tritt nicht so leicht auf.
Andererseits ist der Spanfluss des geraden Nutfräsers quer, was leicht durch den Schneidbereich des Werkstücks gestört werden kann und einen sekundären Schnitt bildet, wodurch die Spanabfuhrleistung schlecht ist. Die Späne des Spiralnutfräsers werden senkrecht zur Schneide aus der Schneidzone abgeführt, wodurch die Spanabfuhrleistung erheblich verbessert wird.
Abbildung 3-22 zeigt die Auswirkung der Anzahl der Fräserzähne und des Spiralwinkels auf die axiale Komponente der gesamten Schnittlänge. Für die Schneidaufgabe eines Fräsers mit 10 mm Durchmesser mit einer Schnittbreite (auch als „radiale Schnitttiefe“ bezeichnet) von 10 mm und einer Schnitttiefe (auch als „axiale Schnitttiefe“ bezeichnet) von 15 mm beträgt die axiale Projektion der gesamten Kontaktkantenlänge des Fräsers mit 2 Schlitzen und 30-Grad-Spiralwinkel etwa 17 mm; Bei Verwendung eines 3-Nut-30-Grad-Spiralfräsers erhöht sich die axiale Projektion der gesamten Kontaktkantenlänge auf etwa 25 mm. Bei Verwendung eines 4-Nut-30-Grad-Spiralwinkelfräsers erhöht sich die axiale Projektion der gesamten Kontaktkantenlänge auf etwa 30 mm, und schließlich kann bei Verwendung eines 6-Nut-60-Grad-Spiralwinkelfräsers die axiale Projektion der gesamten Kontaktkantenlänge auf etwa 47 mm erhöht werden. Diese Daten zeigen, dass mit zunehmender Anzahl der Fräszähne auch die Anzahl der mit dem Werkstück in Kontakt stehenden Schneidkanten zunimmt, die axiale Projektion der gesamten Kontaktkantenlänge zunimmt und der Effekt einer Erhöhung des Spiralwinkels ähnlich ist. Mit zunehmender axialer Projektion der gesamten Kontaktkantenlänge verringert sich die Belastung pro Zahnlängeneinheit und die Schneidleistung kann unter der Voraussetzung verbessert werden, dass die Zahnbelastung gleich bleibt.
Abbildung 3-23 zeigt vier Kombinationen aus unterschiedlichen Schnittrichtungen und Spiralnut-Drehrichtungen. Die häufigste Kombination ist die rechte Schnittrichtung eines Spiralzahns. Im Allgemeinen wird die Schnittrichtung des Fräsers hauptsächlich durch die Spindeldrehrichtung der Fräsmaschine bestimmt. Nachdem die Schnittrichtung festgelegt ist, bestimmt die Spirale die Richtung der axialen Schnittkraft.
Abbildung 3-24 zeigt einen JS840-Fräser mit Doppelspiralrichtung. Dieser Fräser wird zum Bearbeiten der Seitenkanten von Kohlefaserverbundplatten verwendet. Da Kohlefaserverbundplatten aus mehreren verschiedenen Materialien bestehen, ist es mit herkömmlichen Fräsern schwierig, Delaminationen zu vermeiden. Die Vorteile des JS840-Fräsers sind: Die Schnittkraft in der entgegengesetzten Richtung wird in Abwärtsdruck und Mittelkraft aufgeteilt: Der Spanraum ist groß, was der Spanabfuhr förderlich ist: Die Schneidkontaktfläche ist klein, wodurch weniger Schnittwärme und Schnittkraft erzeugt werden: Auf der Faser wird nur die Scherkraft erzeugt und es gibt keine Torsion in der Mitte.
Abbildung 3-25 zeigt den vibrationshemmenden Schaftfräser vom Typ GSXVL von Sumitomo Electric. Dieser Schaftfräser verwendet nicht nur ungleiche Zähne wie die in Abbildung 3-19 gezeigten, sondern verbessert auch den Vibrationsschutz bei der Bearbeitung auf der Seite mit ungleichen Spiralwinkeln.
3-20
3-21
3-22
3.23
3-24
3-25
