AT401745B - Schneideinsatz für den radialen einbau in werkzeuge mit konkaver schneidbahn - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz, insbesondere eine Wende- oder Wechselschneidplatte, für den durch mechanische Fixierung erfolgenden Einbau in Werkzeuge mit konkaver Schneidbahn, beispielsweise Fräser, Ausbohrwerkzeuge oder Werkzeuge für Karusselldrehmaschinen.

Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Schneideinsatz für den radialen Einbau in Werkzeuge mit konkaver Schneidbahn, mit einer Ober- oder Hauptseite als Spanfläche, einer Unterseite oder Basisfläche, Flanken bildenden Seitenflächen, und einer oder mehreren, durch die Schnittlinien der Ober- oder Hauptseite mit einer Flanke definierten Schneidkanten, wobei der zwischen der Ober- oder Hauptseite und einer Flanke eingeschlossene Winkel an jedem Punkt der Schneidkante kleiner als 90* ist, sodaß die als Freifläche dienende Flanke einen positiven Freiwinkel aufweist, wobei sich die Flanke, die zusammen mit der Ober- oder Hauptseite an der Bildung der Schneidkante beteiligt ist, aus mindestens zwei Zonen zusammensetzt, die unterschiedliche Freiwinkel aufweisen.

Bezüglich der Definition des Begriffs Schneid-"Einsatz", d.h. bezüglich des vorgesehenen Einbaus in spanabhebende Werkzeuge, sei auf die italienische Norm UNI und die internationale Norm ISO verwiesen.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird hier Bezug genommenen auf Fräser mit einem Einstellwinkel von 90 *, besser gesagt auf sogenannte Eckfräser, obschon die Einsätse tatsächlich in praktisch beliebige Fräser oder Werkzeuge eingesetzt werden können, die gekennzeichnet sind durch eine konkave Schneidbahn, angenähert vergleichbar einem Kreisbogen. Die Erfindung betrifft solche Einsätze, bei denen die Abmessungen der Oberseite größer sind als die Dicke, Einsätze, die für gewöhnlich in sogenannte "radialer" Stellung montiert werden, d.h. mit ihrer größeren Seite, das ist die Oberseite, bezüglich eines Radius orientiert sind, der senkrecht zu Fräserachse und durch die Schneidspitze oder Schneidecke der Schneidkante des in der Arbeitsstellung befindlichen Einsatzes verläuft.

Speziell bezieht sich die Erfindung auf sogenannte "positive" Einsätze, die Pyramidenstümpfen entsprechen und für die gilt: die Ober- oder Hauptseite ist die größere Seite und bildet die Spanfläche; eine oder mehrere der Seiten des die Oberseite bildenden Polygons bilden die Schneiden (Schneidkanten); die Seitenfläche neben der Schneide bildet die Flanke, und der Winkel zwischen der Flanke und der senkrecht zu der Oberseite verlaufenden Ebene bildet den Freiwinkel des Einsatzes. Jede Schneide ist folglich gebildet durch die Schnittlinie zwischen einer Flanke und der Oberseite des Einsatzes.

Aus der DE-1 232 436 B und der CH-543 335 A5 sind Wendeschneidplatten bekannt, die tangential angeordnet sind. Die Seitenflächen (Freiflächen) bestehen jeweils aus einer einzigen Zone und sind absolut eben.

Die GB-2 156 254 A beschreibt eine tangential angeordnete Wendeschneidplatte, deren Flanke zwei Zonen mit konstanter Breite aufweist.

Die EP-160 278 A2 zeigt Wendeschneidplatten, die an den Schneidecken eine besondere Gestaltung aufweisen. Dabei ist zu beachten, daß auch an den Ecken nur die erste dargestellte Zone als Freifläche zu betrachten ist, weil die zweite Zone abgesetzt ist und beide Zonen den gleichen Winkel aufweisen.

Die in der GB-1 170 670 A geoffenbarten Wendeschneidplatten weisen zwar an der Freifläche zwei Zonen mit unterschiedlichen Freiwinkeln auf, die beiden Zonen sind jedoch von konstanter Breite und können daher im Gegensatz zu vorliegender Erfindung das Problem nicht lösen, daß bei zunehmendem Neigungswinkel der Wendeplatte die hintere Kante der von der Schneidkante abgewandten Zone an der Schneidbahn streift. Durch dieses Anstreifen verschleißt der Schneideinsatz binnen kürzester Zeit, wodurch ein oftmaliger Austausch erforderlich ist. Außerdem treten während des Zerspanvorgangs stark erhöhte Rückkräfte und Schwingungen auf, die das Zerspanergebnis erheblich verschlechtern. Um dies zu verhindern, müßte der Freiwinkel der zweiten Zone sehr groß sein, was wiederum die Lebensdauer und das Schwingverhalten des Schneideinsatzes massiv beeinträchtigt.

Die DE-24 05 234 AI betrifft lediglich und ausdrücklich Wendeschneidplatten, bei denen jede Schneidkante (Hauptschneide) einen Keilwinkel von 90* aufweist; diese Planen sind daher "negativ". Die vorliegende Erfindung sieht ausdrücklich nur "positive" (z.B. pyramidstumpfförmige) Platten vor, die auch nach den DIN- und ISO-Normen einen Keilwinkel kleiner als 90 * aufweisen müssen.

Der in der EP-35 848 A2 geoffenbarte Schneideinsatz weist an der Flanke der Hauptschneide zwar zwei Zonen auf. jedoch ist die Breite der ersten Zone vorne breiter, an der Mitte schmäler, hinten wieder breiter (der Verlauf ist praktisch symmetrisch). Die Hauptschneide an der Platte ist laut oben zitierter Schrift radiusförmig, d.h. daß sie nicht gerade sein darf. Die Hauptschneide der Platte nach vorliegender Anmeldung kann beliebig gerade oder krumm sein. Die EP-A2-35 848 zielt darauf ab, die Schneidengeometrie in Vergleich zu der der üblichen Wendeplattenfräser nicht ändern zu müssen, wogegen die vorliegende Anmeldung darauf abzielt, die Schneidengeometrie wesentlich ändern zu können.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die mit den Schneidplatten nach dem zitierten Stand der Technik verbundenen Nachteile dadurch, daß ausgehend von der Schneidspitze oder Schneidecke die Oberflächenbreite der an die Schneidkante angrenzenden Zone sich entlang der Schneidkante verkleinert und die 2

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Oberflächenbreite der anderen von der Schneidkante beabstandeten Zone sich in Richtung entlang der Schneidkante vergrößert, wobei die zweite Zone einen Freiwinkel aufweist, der größer ist als der Freiwinkel der ersten Zone.

Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, insbesondere beide, Zonen annähernd dreieckige Form aufweisen.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes ist mindestens eine der Zonen, bevorzugt jedoch beide Zonen, trapezförmig ausgebildet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Zonen gekrümmt ist.

Erfindungsgemäß können die beiden Zonen unmittelbar aneinandergrenzen, oder durch eine Zwischenzone voneinander beabstandet sein.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines quadratischen positiven Einsatzes, dargestellt in verschiedenen Ansätzen,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Eckfräsers zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Fräsers nach Fig. 2 mit einem einzigen Einsatz,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Fräsers nach Fig. 2,

Fig. 5 ähnliche Ansichten wie in Fig. 1, jedoch von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform eines Einsatzes gemäß Fig. 5, und

Fig. 7 eine abgewandelte Aüsführungsform einer Flanke eines erfindungsgemäßen Einsatzes.

Ein als Beispiel dienender Schneideinsatz gemäß Fig. 1 hat in herkömmlicher Weise quadratische Form. Die Ecken der Oberseite oder Hauptseite 10 sind mit A, B, C und D bezeichnet, während die Ecken der Unterseite 11 mit E, F, G und H bezeichnet sind. Die Unterseite 11 wird auch als Stützfläche oder Basisfläche bezeichnete. Mit a ist der Freiwinkel oder der Schrägen-Winkel zwischen einer Flanke 12 und der zu der Hauptseite 10 senkrechten Ebene bezeichnet. Die Oberseite und die Unterseite müssen nicht notwendigerweise parallel zueinander verlaufen.

In Arbeitsstellung eingebaut in den Körper 13 eines Fräsers ergibt die Orientierung der Hauptseite des Einsatzes und der Schneide bezüglich den Radialebenen und Axialebenen und bezüglich des idealen Umfangsmantels die Schneidgeometrie, zu deren Definition auf die einschlägigen Normen verwiesen wird.

Gemäß den Figuren 2 bis 4 entspricht der Neigungswinkel c der Schneide im vorliegenden Beispiel dem Axialwinkel, während für den Spanwinkel b, der im vorliegenden Beispiel praktisch mit dem Radialwinkel zusammenfällt, zur einfacheren Beschreibung ein Wert Null entsprechend den Ecken oder Spitzen der Schneide AD gewählt ist, ein Wert, der dank der Existenz des Neigungswinkels c für die Punkte der Schneide von A nach D zunimmt. Gemäß Fig. 3, in der durch einen Pfeil die Drehrichtung des Fräsers kenntlich gemacht ist, liegt die Seite CD des Einsatzes bezüglich der Diametralebene von AB tiefer aufgrund des Neigungswinkels c. Diese Absenkung verhindert, daß der Wert des Neigungswinkels c über einen gewissen Wert hinausgeht, wobei der Winkelwert auch verbunden ist mit dem Einstellwinkel des Einsatzes und dem gewünschten Spanwinkel b, und zwar insoweit als, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, der Punkt H der Basisfläche des Einsatzes sich zu sehr an die konkave Bahn der Spitze D der Schneide annähert und direkt die konkave Schneidfläche streift, was folglich den Fräser an einem ordnungsgemäßen Schneiden hinderte. Zur Vereinfachung wurde hier die Diskussion auf die äußerste Spitze der Schneide bezogen, die Erläuterungen gelten jedoch auch für andere Punkte, insbesondere dann, wenn die Schnittiefe niedriger ist als die Schneidenlänge. Zu erwähnen ist ferner, daß die Erläuterung durch Betrachtung von punktförmigen Ecken vereinfacht wurde, während in der Praxis die Ecken mit gewissen Radien und mit kleinen Abflachungen ausgebildet sein können. Aber auch dies ändert nichts an der grundsätzlichen Gültigkeit der obigen Erläuterungen.

Das Vorsehen von großen Winkeln b und c, d.h. von stark positiven Winkeln oder eines starken Neigungswinkels c mit möglicherweise negativen Spanwinkel b, ist deshalb besonders vorteilhaft, weil es die Energieabsorption beim Zerspanungsvorgang herabsetzt, die Schneidkraft und auch die Gefahr von Schwingungen herabsetzt.

Hypothetisch könnte man weite Winkel für den Spanwinkel b und den Neigungswinkel c erhalten, wenn man an dem Einsatz einen entsprechend großen Freiwinkel a vorsähe, dies würde allerdings zu einer Schwächung der Eck- oder Spitzenzone führen, die der Bruchgefahr und dem Verschleiß am meisten ausgesetzt ist. Dies wiederum würde es erforderlich machen, in dieser Zone die Schneid- und Schlagkraft 3

Claims (8)

1. AT 401 745 B mittels weniger starker Spankräfte zu begrenzen, was jedoch zu einer Reduzierung der Kapazitätsauslastung und zu einer Erhöhung der Arbeitszeit führen würde. Beides ist nicht akzeptabel. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem und gestattet die Wahl von weiten Winkeln für den Neigungswinkel c und den Spanwinkel b ohne Einbuße der Robustheit der Eckzone der Schneide. Zur Vereinfachung der Erläuterung sei auf Fig. 5 und 6 sowie auf einen quadratischen Einsatz Bezug genommen, obschon es sich versteht, daß die Erfindung Gültigkeit hat für Einsätze mit praktisch beliebigen Formen, solange der Einsatz sich definitionsgemäß in radialer Stellung befindet. Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz enthält die einer betrachteten Schneidkante benachbarte Flanke mindestens zwei annähernd dreieckförmige oder trapezförmige Zonen, mit einem Freiwinkel a für eine Zone 14, die direkt neben der Schneidkante liegt und zu der Spitze oder Ecke A hin breiter ist, und einem Freiwinkel a’, der größer ist als a, für die unter der ersten Zone liegende Zone 15, welche zum hinteren Teil D hin breiter ist. Die zwei Zonen 14 und 15 brauchen nicht unmittelbar benachbart zu sein, sie können durch eine Zwischenzone 16 voneinander getrennt sein, wie es in dem Beispiel nach Fig. 7 zu sehen ist. Bei einem derart konstruierten Einsatz erzielt man folgende Vorteile: 1) die Zone 14 neben der Spitze oder Ecke ist stabil, da man auch einen kleinen Freiwinkel a vorsehen kann; 2) man kann einen weiten Neigungswinkel c wählen, da die Breite der Zone 14 mit dem Freiwinkel a sich zunehmend in Richtung auf den hinteren Abschnitt verringert, während sich in der gleichen Richtung die Breite der Zone 15, die den relativ weiten Freiwinkel a' aufweist, vergrößert. Dadurch besteht keine Gefahr, daß die Flanke des Einsatzes die von der Schneide in dem Werkstück erzeugte konkave Fläche streift; 3) ebenfalls aus den unter 2) angegebenen Gründen kann auch der Spanwinkel b der Schneide relativ groß gewählt werden. Für eine deutliche Beschreibung wurde auf ein relativ einfaches Beispiel zurückgegriffen, jedoch haben die Erläuterungen ebenfalls Gültigkeit für Fräser mit weitaus komplizierterem Aufbau. Dies gilt beispielsweise für einen Fräser mit einem von 90 ° abweichenden Einstellwinkel, für einen Fräser fit vorderem Radialwinkel, der von Null Grad abweicht, und für Einsätze mit anderer als quadratischer Form oder mit nicht-geradlinigen Schneidkanten. Patentansprüche 1. Schneideinsatz für den radialen Einbau in Werkzeuge mit konkaver Schneidbahn, mit einer Ober- oder Hauptseite (10) als Spanfläche, einer Unterseite oder Basisfläche (11), Flanken (12) bildenden Seitenflächen, und einer oder mehreren, durch die Schnittlinien der Ober- oder Hauptseite (10) mit einer Flanke definierten Schneidkanten, wobei der zwischen der Ober- oder Hauptseite und einer Flanke eingeschlossene Winkel an jedem Punkt der Schneidkante kleiner als 90 * ist, sodaß die als Freifläche dienende Flanke einen positiven Freiwinkel aufweist, wobei sich die Flanke (12), die zusammen mit der Ober- oder Hauptseite (10) an der Bildung der Schneidkante beteiligt ist, aus mindestens zwei Zonen (14, 15) zusammensetzt, die unterschiedliche Freiwinkel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Schneidspitze oder Schneidecke die Oberflächenbreite der an die Schneidkante angrenzenden Zone (14) sich entlang der Schneidkante verkleinert und die Oberflächenbreite der anderen von der Schneidkante beabstandeten Zone (15) sich in Richtung entlang der Schneidkante vergrößert, wobei die zweite Zone (15) einen Freiwinkel (a’) aufweist, der größer ist als der Freiwinkel (a) der ersten Zone (14).
2. 2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der Zonen (14,15) annähernd dreieckig ist.
3. 3. Schneideinsatz nach Anspruch 2, bei dem beide Zonen (14,15) annähernd dreieckige Form aufweisen.
4. 4. Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine der beiden Zonen (14,15) annähernd trapezförmig ist.
5. 5. Schneideinsatz nach Anspruch 4, bei dem beide Zonen (14,15) etwa trapezförmig sind.
6. 6. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die beiden Zonen (14,15) unmittelbar aneinander angrenzen. 4 AT 401 745 B
7. 7. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem sich zwischen den beiden Zonen (14, 15) eine Zwischenzone (16) befindet.
8. 8. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Zonen (14, 15) gekrümmt ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5