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.
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 genommen auf Fräser mit einem Einstellwinkel von 90 DEG , besser gesagt auf sogenannte Eckfräser, obschon die Einsätze 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 sogenannter "radialer" Stellung montiert werden, d.h. mit ihrer grösseren Seite, das ist die Oberseite, bezüglich eines Radius orientiert sind, der senkrecht zur 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 grös sere 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.
Durch die Erfindung werden im folgenden näher erläuterte Ziele und Vorteile bei einem positiven Schneideinsatz für den Einbau in Werkzeuge mit konkaver Schneidbahn erreicht, wie er im Anspruch 1 näher definiert ist.
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 Ausführungsform 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 bezeichnet. 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 Fig. 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 Schnitttiefe 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 negativem 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- und 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 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 min , 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 min 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 DEG abweichenden Einstellwinkel, für einen Fräser mit vorderem Radialwinkel, der von Null Grad abweicht, und für Einsätze mit anderer als quadratischer Form oder mit nicht geradlinigen Schneidkanten.
The invention relates to a cutting insert, in particular an indexable or interchangeable insert, for mechanical fixation in tools with a concave cutting path, for example cutters, boring tools or tools for carousel lathes.
Regarding the definition of the term cutting "insert" i.e. With regard to the intended installation in cutting tools, reference is made to the Italian standard UNI and the international standard ISO.
To simplify the description, reference is made here to milling cutters with a setting angle of 90 °, more precisely to so-called corner milling cutters, although the inserts can actually be used in practically any milling cutter or tool which is characterized by a concave cutting path, approximately comparable to a circular arc. The invention relates to inserts in which the dimensions of the upper side are greater than the thickness, inserts which are usually mounted in a so-called "radial" position, i.e. with its larger side, that is the upper side, are oriented with respect to a radius which runs perpendicular to the milling cutter axis and through the cutting tip or cutting corner of the cutting edge of the insert in the working position.
In particular, the invention relates to so-called "positive" inserts which correspond to truncated pyramids and for which the following applies: the top or main side is the larger side and forms the rake face; one or more of the sides of the top polygon form the cutting edges; the side surface next to the cutting edge forms the flank, and the angle between the flank and the plane perpendicular to the top forms the clearance angle of the insert. Each cutting edge is therefore formed by the cutting line between a flank and the top of the insert.
The objectives and advantages explained in more detail below are achieved by the invention with a positive cutting insert for installation in tools with a concave cutting path, as defined in more detail in claim 1.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. The drawing shows:
Figure 1 is a schematic view of a square positive insert, shown in different approaches.
2 shows a schematic side view of a shoulder milling cutter to illustrate the present invention;
Fig. 3 is an end view of the milling cutter of Fig. 2 with a single insert;
Fig. 4 is a perspective view of the milling cutter according to Fig. 2;
5 shows views similar to FIG. 1, but of a preferred exemplary embodiment of an insert according to the invention;
6 is a perspective view of the preferred embodiment of an insert according to FIG. 5, and
7 shows a modified embodiment of a flank of an insert according to the invention.
An exemplary cutting insert according to FIG. 1 has a square shape in a conventional manner. The corners of the top or main side 10 are designated A, B, C and D, while the corners of the bottom 11 are designated E, F, G and H. The underside 11 is also referred to as a support surface or base surface. With a the clearance angle or the bevel angle between a flank 12 and the plane perpendicular to the main side 10 is designated. The top and bottom need not necessarily be parallel to each other.
Installed in the working position in the body 13 of a milling cutter, the orientation of the main side of the insert and the cutting edge with respect to the radial planes and axial planes and with respect to the ideal circumferential jacket results in the cutting geometry, for the definition of which reference is made to the relevant standards.
2 to 4, the angle of inclination c of the cutting edge in the present example corresponds to the axial angle, while for the rake angle b, which in the present example practically coincides with the radial angle, a value of zero corresponding to the corners or tips of the cutting edge AD is selected for the sake of simplicity is a value that increases from A to D thanks to the existence of the inclination angle c for the points of the cutting edge. 3, in which the direction of rotation of the milling cutter is indicated by an arrow, the side CD of the insert lies deeper with respect to the diametral plane of AB due to the angle of inclination c.
This reduction prevents the value of the angle of inclination c from going beyond a certain value, the angle value also being associated with the setting angle of the insert and the desired rake angle b, to the extent that, as can be seen from FIG. 4, the point H of The base surface of the insert comes too close to the concave path of the tip D of the cutting edge and directly brushes against the concave cutting surface, which consequently prevented the milling cutter from cutting properly. For the sake of simplicity, the discussion was based on the extreme tip of the cutting edge, but the explanations also apply to other points, especially if the cutting depth is less than the cutting length.
It should also be mentioned that the explanation has been simplified by considering point-shaped corners, while in practice the corners can be designed with certain radii and with small flats. But this also does not change the basic validity of the above explanations.
The provision of large angles b and c, i.e. of strongly positive angles or a strong inclination angle c with a possibly negative rake angle b is particularly advantageous because it reduces the energy absorption during the cutting process, the cutting force and also the risk of vibrations.
Hypothetically one could obtain wide angles for the rake angle b and the angle of inclination c if the insert had a correspondingly large clearance angle a, but this would lead to a weakening of the corner and tip zone, which is most exposed to the risk of breakage and wear . This in turn would make it necessary to limit the cutting and striking power in this zone by using less strong chip forces, which would, however, lead to a reduction in capacity utilization and to an increase in working hours. Neither is acceptable.
The present invention solves this problem and permits the selection of wide angles for the inclination angle c and the rake angle b without losing the robustness of the corner zone of the cutting edge.
To simplify the explanation, reference is made to FIGS. 5 and 6 and to a square insert, although it is understood that the invention is valid for inserts with practically any shape, as long as the insert is by definition in a radial position.
In the use according to the invention, the flank adjacent to a cutting edge under consideration contains at least two approximately triangular or trapezoidal zones, with a clearance angle a for a zone 14 which lies directly next to the cutting edge and is wider towards the tip or corner A, and a clearance angle a min , which is larger than a, for the zone 15 lying under the first zone, which is wider towards the rear part D. The two zones 14 and 15 need not be immediately adjacent, they can be separated from one another by an intermediate zone 16, as can be seen in the example according to FIG. 7.
The following advantages are achieved with an insert constructed in this way:
1) the zone 14 next to the tip or corner is stable since a small clearance angle a can also be provided;
2) one can choose a wide angle of inclination C, since the width of the zone 14 with the clearance angle a decreases increasingly towards the rear section, while in the same direction the width of the zone 15, which has the relatively wide clearance angle a min , enlarged. As a result, there is no risk that the flank of the insert will graze the concave surface created by the cutting edge in the workpiece;
3) also for the reasons given under 2), the rake angle b of the cutting edge can be chosen to be relatively large.
A relatively simple example was used for a clear description, but the explanations also apply to milling cutters with a much more complicated structure. This applies, for example, to a milling cutter with a setting angle that deviates from 90 °, for a milling cutter with a front radial angle that deviates from zero degrees, and for inserts with a shape other than square or with non-straight cutting edges.