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Spanabhebendes Werkzeug
Die Erfindung betrifft spanabhebende Werkzeuge für Werkzeugmaschinen und beinhaltet vornehmlich deren Elemente zur stufenlos übersetzten, gleichgesetzten, oder untersetzten Regulierung bzw. zur stossdämpfenden, gesicherten und würgfreien Befestigung der Einsätze in deren Lager im oder am Träger.
Für das betriebssichere, genaue und schwingungsfreie Arbeiten und zweckmässiges Einstellen der am Träger lösbar gelagerten Einsätze an Werkzeugmaschinen oder anderer Maschinenteile ist es erforderlich, dass die Einsätze, insbesondere das Messer und bei. Anordnung eines Spanreglers auch dieser, mit deren Befestigungselementen nicht "kanten". Das "Kanten" dieser Klemmittel zur Befestigung der Einsätze ist meist fertigungsbedingt oder auf mangelnde Sorgfalt bei der Bedienung zurückzuführen. Es ist bekanntlich kostspielig und schwierig, speziell Sinterstoffschneidplatten wegen ihrer hohen Härte in Haltern oder Supporten der Werkzeugmaschinen mit gleichmässig sattem Kontakt der Auf- und Anliegeflächen herzustellen bzw. aufrechtzuerhalten.
Letzteres insbesondere auch deshalb, weil bei üblichen SinterstoffSchnittgeschwindigkeiten von 100 bis 300 Meter je Minute und darüber, infolge der energischen Bean-
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und Auflageflächen der Einsätze und deren Lager vorhandene oder während der Zerspanung entstehende Lockerung kommen namentlich die auf die Messer bei hohen Drehzahlen der Werkstücke einwirkenden und erheblichen Schnittkräfte bzw. Drehmomente verstärkt zur Auswirkung. Speziell die Messer usw. stellen sich in ihren Lagern am Einsatzträger schief, sie"kanten"und verklemmen sich in falscher Lage oder rutschen und rütteln in ihrem Lager. Auch besonders die Halterklemmteile u. dgl. für die Einsätze z. B. die Klemmschrauben liegen häufig, infolge "Verlaufen" der Spiral- und Gewindebohrer bei der Schraubenlochherstellung, schief.
Unter solchen Umständen treten im Einsatz derartiger Werkzeuge schrille Schwingungen, Rattern und störende Lärmentwicklungen auf, welche sich bei hoher Schnittgeschwindigkeit durch Resonanz enorm steigern und sogar fehlerhafte Schnittflächengüte am Werkstück, Ausschuss und Unterbrechungen der Arbeit an der Werkzeugmaschine sowie produktionsausfall verursachen können. Dazu kommt, dass die bei hoher Umlaufzahl des Werkstückes verwendeten Sinterstoffschneiden schlagempfindlich sind und den insbesondere beim Drehen mit unterbrochenem Schnitt (z. B. genuteten Ankern) auftretenden Schlagbeanspruchungen nicht gewachsen sind.
Das Beheben dieser Mängel aber ist im besonderen bei spanabhebenden Klemmwerkzeugen schwierig, umständlich und zeitraubend. Die Werkzeuge müssen herausgenommen, überholt, umgeschliffen und Spezialunterschliffe hergestellt werden. Dann müssen natürlich die Werkzeuge nach der Montage wieder im Toleranzbereich in die richtige Schnittlage genau eingestellt werden. Dieses Verfahren ist also langwierig, produktionshindernd, zeitraubend und teuer, besonders dann, wenn bei der Serienfertigung z. B. eine grössere Anzahl von Werkzeugen je Maschine verwendet wird. So kommen beispielsweise bei der Bearbeitung einer Turbinenwelle 31 verschiedene Drehwerkzeuge zur Anwendung.
Zur Besserung der erwähnten und schädlichen Verhältnisse sind verschiedenartige Konstruktionen ent- wickelt worden. So sind Gewindeschneidhalter bekannt, deren Messereinsätze seichte V-Spannwinkel eingeschliffen haben und in einem Zylinderteil geklemmt sind. Dadurch werden einerseits die Schnitteigen- schaften der mit 60 zugespitzten Schneidflanken verbessert und anderseits der korrekte Freiwinkel, gemäss der Gewindesteigung, einstellbar gestaltet. Ein weiterer Fortschritt wurde durch die Entwicklung eines
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Halters erreicht, in welchem ein Messer mit Dreikantschaft in der Basisverzahnung des Halters schwenkbar befestigt ist. Auf diese Weise ist es möglich den Spanwinkel der Schneide nach rechts oder links zu verlegen.
Bekannt ist auch eine Neuerung, welche darin besteht, dass die Länge des nachgeschliffenen Messereinsatzes, durch einen regulierbaren Fortsatz des Messers, konstant gehalten wird. In diesem Falle ruht das Messerstück auf einer Basisklemmschraube mit kniegelenkartiger Beilage. Dadurch ist sowohl die Mittestellung der Messerspitze als auch der Spanwinkel der Schneide relativ zum Werkstück regulierbar.
Diesen Ausführungsformen gegenüber, wird in der vorliegenden Erfindung besondere Rücksicht auf eine anpassungsfähige, satte, würg-und kantfreie Binspannung, weiters auf eine elastisch federnde und sichere Befestigung und/oder zusätzlich auf eine vorzugsweise stufenlose Fein- bzw. Grobeinstellung der lösbaren Einsätze am Träger, genommen. Infolgedessen ermöglicht die Erfindung eine einwandfreie Einstellung, Befestigung und Sicherung der Einsätze samt Beilagen in deren Lager am Träger, störungs-und schwingungsfreies Arbeiten durch Absorbierung auftretender Stösse auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten
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vorzeitig erforderlich wäre u. zw. auch dann, wenn die Beschaffenheit der Einsätze oder deren Lager.
Un- gleichmässigkeiten aufweisen bzw. solche während des Einsatzes durch Verunreinigungen oder Nachlässig- keitusw. auftreten. Die Erfindung besteht speziell darin, dass am Einsatzträger elastische Spannelemente mit vorzugsweise gewölbten Spannflächen für die in ein-oder mehrfacher Anzahl vorgesehenen Einsätze mit vornehmlich ebenso gewölbten Spannflächen, namentlich für das Messer und bei Anordnung eines
Spanreglers auch für diesen, zu deren vorteilhaft stufenlose Einstellung im Unter- oder Gleich- oder Übersetzungsverhältnis der Einstellorgane und nachfolgender schwingungsfreier, stossdämpfenden und gesicherter Befestigung vorgesehen sind. Im besonderen ist ein elastisch federnder Spannlagerdeckel oder Spannkörper - zum Schutz und Festlegen der Einsätze, vorherrschend der Messer bzw.
Spanregler, am Einsatzträger - vorgesehen. Der Spannlagerdeckel kann am Träger beidseitig oder einseitig der Einsätze lösbar befestigt sein oder im letzteren Falle mit dem Träger aus einem Stück bestehen. Der Schutz- und Spannlagerdeckel kann aus Federstahl oder einem Werkstoff mit entsprechendem Elastizitätsmodul bestehen. Die Spannflächen sind hierbei mit endlichem oder unendlichem Krümmungsradius, vorzugsweise als Zylinder-, Ellipsoid-, Kugelflächen od. dgl. ausgebildet. Zusätzlich sind abgestimmte Spielräume zwischen den Spannkörpern angeordnet, so dass eine eingespielte Anpassungsfähigkeit an die Einsätze nach mehreren Achsen, im dreh-, neig- und schwenkbaren Sinne, gewährleistet ist.
Dadurch wird der Kantund Würgeffektausgeschaltet und eine frei federnde Wirkung der erfindungsgemässen Einrichtung gesichert.
Beispielsweise sind die Einsätze, besonders der Spanregler sowie die Lagerseite der elastisch gestalteten Spannlagerdeckel bzw. Spannkörper übereinstimmend oder annähernd übereinstimmend als Zylinder-, Ellipsoid-, Kugel-od. dgL Fläche geformt. Ausserdem ist zwischen dem Schutz-und Spannlagerdeckel und dem Einsatzträger seitlich des Spanreglers sowie rings um die Spannschrauben Spielraumvorgesehen.
Ferner kann von besonderen, mit dem Lagerdeckel verbundenen, Spannkörpern Gebrauchgemacht werden, diezwischen dem Spannlagerdeckel und den Einsätzen angeordnet und z. B. nach zwei Zylindern mit zueinander senkrechten Achsen geformt sind. Der Lagerdeckel kann auch Träger eines Spannkörpers sein, welcher als Schraube, Bolzen, Stift, od. dgl. mit mehraxial beweglichen Gelenken ausgestattet sein kann. Hiebei kann z. B. ein allseits beweglicher Kugelteil im Spannlagerdeckel bzw, an einem Spannbolzen od. dgl. mit Spiel eingebettet sein. Zum wesentlichen Aufbau der Erfindung gehört schliesslich auch noch die auf der Basis der Winkelfunktionen beruhende Einstellbarkeit der Einsätze (Tangensregulierung) mittels der Einstellelemente.
Grundsätzlich können einerseits die Führungsflächen und die Einstellflächen der Einsätze beliebig zueinander geneigt sein, anderseits die Einstellfläche und/oder die Achse (Bahn bzw. Bewegungsrichtung) der Einsätze, zur Achse der Einstellelemente ebenso beliebig zueinander geneigt sein. Dadurch wird die von den Einstellelementen übertragene Bewegung der Einsätze, relativ zur Bewegung der Einstellelemente, untersetzt oder gleichgesetzt oder übersetzt. Dabei können die Neigungen wieder veränderbar sein. Selbstverständlich können die erfindungsgemässen Elemente in beliebig geeigneter Zahl und Weise kombiniert werden. Die Erfindung kann allgemein auch auf andere Maschinèn- und Werkteile Anwendung finden.
Die Zeichnungen illustrieren Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Die Fig. 1 zeigt ein Fliessspanregler-Drehwerkzeug im Grundriss. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen des Reglerwerkzeuges im Schnitt nach der Linie JI-II der Fig. 1. In Fig. 5 ist das Reglerwerkzeug nach der Schnitt- linie-V-V der Fig. l dargestellt. Die Fig. 4 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des Reglerwerkzeuges im Schnitt nach der Linie V-V der Fig. l. In den Fig. 6-12 sind weitere Darstellungen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Fig. 8 ist ein Mittelschnitt der Fig. 9 und Fig. 10 ist ein Schaubild des in den Fig. 8 und 9 dargestellten Gegenstandes. Die Fig. 12 ist ein Vektorendiagramm des Gegenstandes
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der Fig. 11 in vergrösserter Darstellung.
In den Figuren ist 1 der Einsatzträger, der in einem Lager den einstellbaren Messereinsatz 3 und, auf diesem angeordnet, den ebenfalls einstellbaren Spanreglereinsatz 4 trägt. Der Spannlagerdeckel 2 ist mit- tels der Spannschrauben 5 am Träger befestigt und hält im Spannlager 6 die Messer-und Reglereinsätze am Träger fest. Die Oberseite des Reglers 4 ist als Spannfläche 6 gewölbt ausgeführt. Desgleichen ist die
Innenseite des Spannlagerdeckels 2, analog dem Reglereinsatz 4, mit der gewölbten Spannfläche 6 ver- sehen. Die Spannfläche 6 kann als Zylinder-, Ellipsoid-, Kugel-od. dgl. Fläche bzw. als kombinierte
Flächen mit endlichem und unendlichem Krümmungsradius 6, 13', 18,19 ausgebildet sein.
Zwischen den verschiedenen Bauteilen sind Spielräume 7,16 vorgesehen, so zwischen dem Träger 1 und dem Spann- lagerdeckel 2, an der Unterseite des Spannlagerdeckels 2 beidseitig der Einsätze 3, 4, und am Spannla- gerdeckel ringsum die Spannschraubenköpfe 5. Durch diese Anordnung wird das freie und genaue Einspie- len des Spannlagerdeckels 2 ermöglicht. Dadurch gelingt es allen Teilen, jene gegenseitige Anpassungs- fähigkeit zu erteilen, die das satte, kant- und würgfreie Auf-, An-und Festliegen der lösbaren Einsätze, auch bei aussergewöhnlichen Umständen, Bedingungen und Beanspruchungen der Hochleistungszerspanung, gewährleistet. Je nachdem, ob die Spannflächen 6 nach einer Zylinder-, Ellipsoid-, Kugel- od. dgl.
Fläche geformt sind, ist die Beweglichkeit des Spannlagerdeckels 2 um eine oder mehrere Achsen 8,9 oder 10 gegeben (Fig. l und 6 - 10). Der Spannlagerdeckel ist somit dreh-und/oder neig-und/oder schwenkbar. Das vorgesehene Spiel 7, 16 gestattet hiebei im Bedarfsfalle weitere anpassungsfähige Be- weglichkeit der Teile während des Spannens. Ist die Anpassung der Teile nur um eine oder zwei Achsen vorgesehen (z. B. bei zylindrischer Ausbildung), so ersetzt der Spielraum 7,16 bis zu einem gewissen Ausmass die Beweglichkeit um eine zweite oder dritte Achse. Die erwähnten Spielräume tragen auch dazu bei, eventuelle Unregelmässigkeiten auszugleichen.
Die elastisch federnde Ausführung der erfindungsge- mässen Vorrichtung lindert ferner die Schlagintensität bei unterbrochenen Schnitten, wodurch die schlagempfindliche Hartmetallschneide geschont wird. Darüber hinaus wirkt die Federung des Spannlagerdeckels als ebenso wichtiges Schraubensicherungsmittel und verhindert jedwede Lockerung der Befestigungsschrauben 5 und der eingespannten Einsätze 3,4 während der hochtourigen Zerspanung. Der zwischen den Schrauben 5 eingespannte Lagerdeckel 2 wirkt nämlich nach Art einer federnden Schraubensicherung mit Federvorspannung. Der auf die Messerschneide wirkende Schnittdruck bzw.
Schlag des unterbrochenen Schnittes wird von dem flexiblen Spannlagerdeckel aufgefangen und unschädlich gemacht, wobei nach jeder Steigerung oder Minderung der Schraubcnspannung während der Schlageinwirkung die ursprüngliche Schraubenspannung durch die Federwirkung des Spannlagerdeckels sofort wieder hergestellt wird, so dass eine Lockerung der Spannschrauben 5 während der Zerspanung unmöglich ist. Die elastische Einspannung der Einsätze 3,4 in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 kann z. B. auch durch in ein-oder mehrfacher Anzahl am Lagerdeckel 2 vorgesehene Spannkörper 12 od. dgl. bewerkstelligt werden, die direkt auf die Einsätze wirken und am einsatzzugewandten Ende einen allseits beweglichen Kugelteil 13 mit vorteilhaft ebener Spannfläche 13. eingebettet haben.
Die Befestigung dieses Spannkörpers 12 erfolgt gemäss Fig. 6 mittels eines bei 14 fassenden Inbus-Schlüssels. Der eben erwähnte Kugelteil 13 kann ebensogut unmittelbar im Spannlagerdeckel 2 eingebettet sein (Fig. 3 und 11). Da die Druckfläche 13'zufolge der kugeligen Lagerung. jede erforderliche Stellung in bezug auf die Spannflächen 6 der Einsätze 3,4 und Raumlage des Einsätzelagers am Träger einnehmen kann, ist deren sattes, würg-und kantfreies Anliegen beijederBeschaffenheitderOberflächengewährleistet (Fig. 3, 4,6, 7). Bei der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 ist der Spannlagerdeckel 2 einseitig am Träger 1 befestigt bzw. mit diesem aus einem Stück.
Das federnde Drehmoment des Spannlagerdeckels 2 tritt hiebei in dem rechts vom Spannkörper 12 bzw. vom Kugelteil 13 liegenden Spannlagerdeckelteil auf. Der Spannkörper 12 des Lagerdeckels kann auch gemäss der Fig. 7 gestaltet sein. Hierin ist die Kugel-Kalotte 13 in der Bohrung ihrer Symmetrieachse am Zapfen 15 des Spannkörpers 12 mit Spielraum 16 allseits beweglich eingebettet. in aen Fig. 8-10 ist der Spann-
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ermöglichen. In einer gewölbten Schwalbenschwanzführung 18 des Spannlagerdeckels 2 ist der Spannkörper 17 mit Spielraum 7 eingepasst und sitzt mit der dazu quer verlaufenden Wölbung 19 der Lagerdeckel abgewandten Seite 19 auf der ebenso gewölbten Spannfläche des Einsatzes 4.
Da durch den vorgesehenen Spielraum 7 der Spannkörper 17 ausserdem um die dritte Achse 10 drehbar ist, kann seine allseitige Anpassungsfähigkeit an die Einsätze 3,4 erzielt werden.
Die Krümmungsradien der Spannflächen 6, 13', 19 am Spannlagerdeckelbzw. Spannkörper können von denen am Einsatz verschieden sein, d. h. z. B. der Spannlagerdeckel eben, wogegen nur die Spannfläche 6 des Einsatzes gewölbt ist, oder umgekehrt. In diesem Falle erstreckt sich der Kontakt bloss über
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einen Teil der Spannfläche am Einsatz. Dadurch kann die Beweglichkeit zu Einstellzwecken gesteigert werden. Es ist auch möglich, die Spannfläche 6 am Lagerdeckel und/oder die Spannfläche 6 des Einsatzes mit unendlichem Krümmungsradius (eben) auszuführen, wobei z. Spannkörper 12 od. dgl. angewandt werden können (Fig. 3).
Der Spannlagerdeckel 2 kann in Fig. 3 auch als gesonderter Bauteil aus-
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Ausser der besonderen Art einer gesicherten, satten, würg-und kantfreien Befestigung der Einsätze amTräger, wirdin der Erfindung die winkelfunktionale Untersetzung oder Gleichsetzung oder Übersetzung der Einstellbewegung der Einsätze berücksichtigt. Die Einstellung etwa der Drehmeissel an Werkzeugmaschinen wird zur Zeit durch Hin- und Herklopfen bewerkstelligt, wobei Gefühl und Zufall den Ausschlag geben. Dieses Verfahren ist daher unzuverlässig, umständlich und zeitraubend. Diese Nachteile werden erfindungsgemäss ausgeschaltet und durch eine genaue, zuverlässige sowie rationelle Anordnung ersetzt.
Der Einsatz, z. B. das Messer 3, ist mittels des Einstellelementes 11 und der Einsatz, z. B. der Spanregler 4, mittels des Einstellelementes 11', dem jeweiligen Zerspanungsfall entsprechend, regulierbar. Die Einstellelemente wirken bei der Regulierung auf die Anstellflächen 20, 20'des jeweiligen Einsatzendes ein (Fig. 1, 4,5, 11,12). Eine Feineinstellung, beispielsweise der Messer, ist erwünscht, wichtig und sollte möglichst genau sein, um die Arbeit des Maschineneinstellers an Vielstahlbänken, Revolver und Automaten weitgehendst zu fördern. Um die erforderliche Präzision zu erreichen, sollte daher einem langen Weg der Einstellelemente ein kurzer Weg der Einsätze (Messer) entsprechen.
Die Anstellfläche (20) am Einsatz 3 für das Einstellelement 11, ist daher geneigt zur Achse (Bahn, Bewegungsrichtung) des Einstellelementes 11 und/oder zur Achse 23 des Einsatzes 3 angeordnet. Es entspricht demnach einem grossen WegdesEinstellelementes 11 bis zum Punkte 22, ein kleiner Weg des Einsatzes 3 bis zum Punkte 23 (Untersetzungsdiagramm in vollen Linien) d. h. die vornehmlich stufenlose Fortbewegung des Einsatzes 3 entlang seiner geneigten Gleitbahn 23 weist, relativ zur vorzugsweise stufenlosen Antriebsbewegung 22 der Einstellelementell, eine Untersetzung auf, wodurch eine träge Feineinstellung erreicht wird. Da hingegen die Fortbewegung z.
B. des Reglereinsatzes. 4 mittels des Einstellelementes ll'rasch erfolgen soll, kann, bei sinngemässer Anwendung der geschilderten Anordnung, die Anstellfläche 20'des Reglereinsatzes 4 quergeneigt zur Achse des Einstellelementes 11'und/oder zur Achse 23'des Einsatzes 4 angeord- tietsein. Dadurch entspricht daher einem kurzen Weg des Einstellelementes H* bis zum Punkt 22'ein langer Weg des Reglereinsatzes4bis zum Punkt 23' (Übersetzungsdiagramm in gestrichelten Linien) d. h. die Fortbewegung des Einsatzes 4 entlang seiner geneigten Gleitbahn 23'weist, relativ zur Antriebsbewegung 22.
der Einstellelemente 11'eine Übersetzung auf, wodurch eine grobe Eileinstellung erreicht wird. Erfindungsgemäss kann die Anstellfläche 20 bzw. 20'für die Einstellelemente 11, ll'. an den Einsätzen z. B. um die Schwenkachse 21 verstellbar sein, so dass durch Veränderung des Neigungswinkels der An- stellftäche relativ zur Achse der Einstellelemente und/oder Achse der Einsätze, auf der Basis der Winkelfunktionen und ohne Zwischenschaltung komplizierter Aggregate, jedes erforderliche Umsetzungsverhält- 1is eingestellt werden kann.
Die erfindungsgemässen Elemente bzw. Mittel zur Einstellung, Befestigung, Sicherung und Stoss- lämpfungvonlösbaren Werkteilen, insbesondere Werkzeugen, können in beliebiger Kombination zur Anwendung kommen und grundsätzlich überall dort verwertet werden, wo Maschinenteile, Bauteile usw. iller Art lösbar befestigt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spanabhebendes Werkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (22, 22') der Einstellelemen-
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elem Träger verbunden ist oder mit ihm aus einem Stück besteht, wobei der Spannlagerdeckel bzw.
! pannkörper mit den Einsätzen aufeinander abgestimmte Wölbungen (6, 13', 18. 19) aufweist.