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Die
Erfindung betrifft eine Schneidplatte zur spanabhebenden Bearbeitung
mit einer Anzahl am Umfang verteilt angeordneter Schneiden, einer
eine Spanfläche
bildenden Deckfläche,
einer Mittelachse sowie mehreren jeweils einer Schneide zugeordneten
Freiflächen.
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Eine
derartige Schneidplatte ist beispielsweise aus der
DE 43 19 505 C2 bekannt.
Diese Schneidplatte in Form einer Wendeschneidplatte mit rechteckiger
Grundform weist innerhalb der sich zwischen Deckfläche und
Grundfläche
erstreckenden Freiflächen
einen Rücksprung
auf, aufgrund dessen nur noch der der Deckfläche, d.h. der Schneidkante
zugewandte Teilbereich der Freifläche im Zerspanungsbetrieb als
Freifläche
im engeren Sinne fungiert. Auf diese Weise soll der Freiflächenverschleiß, gemessen
in Richtung senkrecht zur Schneidkante, gemindert werden.
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Eine
weitere, aus der
DE
195 16 893 A1 bekannte derartige Schneidplatte weist Freiflächen mit Bereichen
unterschiedlichen Freiwinkels auf. Ein an die Grundfläche, d.h.
an die Schneideinsatz-Auflagefläche
grenzender Freiwinkelbereich, soll hierbei möglichst senkrecht zur Grundfläche gewählt werden,
während
von der Grundfläche
beabstandete Freiflächenbereiche
unter einem größeren Freiwinkel angeordnet
sind. Aufgrund der Geometrie des Schneideinsatzes sollen dessen
vier Schneidkanten ohne Beeinträchtigung
nicht beim Zerspanen wirksamer Schneidkanten nacheinander nutzbar
sein.
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Bei
einer weiteren derartigen Schneidplatte nach der
EP 0 314 647 A2 ist zwischen
der Schneidkante und der Freifläche
eine Anschlussfläche
vorgesehen, deren Breite in Richtung zu den Ecken des Schneideinsatzes
zunimmt. Damit soll auch in Randbereichen des Werkstückes ein
sauberer Schnitt erzeugt werden.
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Eine
weitere derartige Schneidplatte ist z.B. aus der
DE 197 03 569 A1 bekannt.
Diese Schneidplatte ist als sechseckige Wendeschneidplatte ausgebildet,
die eine untere und eine obere Spanfläche aufweist, die jeweils durch
drei Haupt- und drei Nebenschneiden begrenzt sind. An jede zum Schruppen
vorgesehene Hauptschneide schließt sich eine zum Schlichten
vorgesehene Nebenschneide an. Die Nebenschneide ist konvex gewölbt, wodurch
eine hohe Oberflächengüte eines
zu bearbeitenden Werkstücks
erreicht werden soll. Die Wölbung
der Nebenschneide liegt in der Ebene der Freifläche, die unter einem 0°-Freiwinkel
angeordnet ist. Dadurch liegt die Nebenschneide, bei Anordnung der
Schneidplatte gegenüber
einem zu bearbeitenden Werkstück
mit einem Freiwinkel von 0°,
vollständig
in einer zur Werkstückoberfläche parallelen
Ebene. Der mit der Nebenschneide erzeugte Span unterscheidet sich damit
praktisch nicht von einem Span, den eine in der Ebene der Freifläche liegende
gerade Schneidkante vom Werkstück
abheben würde.
Auch mit geringfügig gegenüber dem
Werkstück
gekippter Wendeschneidplatte führt
die in der Ebene der Freifläche
liegende Nebenschneide lediglich in einem äußerst geringen Ausmaß zu einem
gewünschten
gekrümmten
Spanquerschnitt. Eine effektivere Nutzung der Krümmung der Nebenschneide ließe sich
durch eine ausgeprägtere
Schrägstellung
der Schneidplatte gegenüber dem
Werkstück
erreichen, jedoch wäre
damit insbesondere eine ungünstigere
Schnittgeometrie an der Hauptschneide verbunden.
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Eine
weitere derartige Schneidplatte ist z.B. aus der
EP 0 257 002 A2 bekannt.
Diese Schneidplatte mit angenähert
dreieckiger Grundform weist an deren Span flächen jeweils eine Mehrzahl
an Vertiefungen zur Spanformung auf. Durch diese Vertiefungen entsteht
in den betreffenden Bereichen der Schneide eine Krümmung, die
bei der Bearbeitung eines Werkstücks
zu einer unerwünschten
stegförmigen
Erhebung auf dessen Oberfläche
führen
würde. Um
eine solche stegförmige
Erhebung auf der Werkstückoberfläche zu vermeiden,
ist auf der Freifläche jeweils
ein zu jeder Vertiefung gehörender
und wie dieser an die Schneide grenzender rückenförmiger Vorsprung vorgesehen.
Der rückenförmige Vorsprung
gleicht die von der Vertiefung auf der Spanfläche herrührende Krümmung der Schneide derart aus,
dass die Schneide zumindest annähernd
in einer zur Werkstückoberfläche parallelen
Ebene liegt. Dadurch soll ein gerader Schnitt ermöglicht werden. Die
Schneidplatte ist jedoch nicht für
eine kombinierte Schrupp- und Schlichtbearbeitung geeignet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneidplatte zur spanabhebenden
Werkstückbearbeitung
mit einer Anzahl am Umfang verteilt angeordneter Schneiden anzugeben,
die aufgrund der Schneidengeometrie eine Zerspanung mit einer besonders
hohen Oberflächengüte ermöglicht und
zur gleichzeitigen Schrupp- und Schlichtbearbeitung geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Schneidplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei weist
die Schneidplatte mit einer eine Spanfläche bildenden Deckfläche und
einer zu dieser senkrechten Mittelachse mehrere am Umfang verteilt
angeordnete Schneiden auf, wobei mindestens eine Schneide in einer
zur Deckfläche
parallelen Ebene liegt und derart bezüglich der Mittelachse konvex
nach außen
gekrümmt
ist, dass sich zwischen der Schneide und der dieser zugehörigen Freifläche eine Übergangsfreifläche erstreckt,
die auf der der Mittelachse gegenüber liegenden Seite der durch
die Freifläche
definierten Freiflächenebene
liegt. Die Schneide weist vorzugsweise nur eine einzige konvexe
Krümmung
auf, die sich bevorzugt über
deren gesamte Länge
erstreckt, wobei die Krümmung
verschiedene Radienbereiche aufweisen kann, jedoch nicht durch konkav
gekrümmte
Bereiche unterbrochen ist.
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Aufgrund
dieser geometrischen Gestaltung der Schneidplatte ist im Zerspanungsbetrieb,
in dem die Spanfläche
zumindest annähernd
senkrecht auf der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche steht, die in der Spanfläche liegende
Krümmung
der Schneide zumindest nahezu voll zur Erzeugung eines entsprechend
gekrümmten
Spanes nutzbar. Insbesondere ergibt sich auch dann ein gekrümmter Spanquerschnitt,
wenn die Spanfläche
exakt senkrecht auf der Werkstückoberfläche steht.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass zur Erzeugung einer hohen Oberflächenqualität ein Zerspanungswerkzeug mit
einer im Eckenbereich eine definierte Krümmung aufweisende Schneide besser
geeignet sein kann als ein Werkzeug mit einer vollständig geraden
Schneide. Der Grund hierfür
besteht darin, dass im Fall einer über deren gesamte Länge geraden
Schneide durch eine Schneidenecke von der Spanungsdicke sowie von
der Vorschubgeschwindigkeit abhängige
Rillen erzeugt werden, die die Oberflächenqualität eines Werkstücks erheblich beeinträchtigen.
Dies gilt in besonderem Maße
dann, wenn, wie dies in der Praxis häufig der Fall ist, das Zerspanungswerkzeug
nicht exakt in der vorgesehenen Winkelrelation zur zu bearbeitenden
Werkstückoberfläche eingesetzt
wird. Der Effekt der Rillenbildung kann gemindert werden, indem
die Schneidenecke sowie ein angrenzender Teilbereich der Schneide
definiert gerundet sind.
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Die
erzeugte Werkstückoberfläche ist
um so glatter, je häufiger
ein Oberflächenabschnitt
während des
Vorschubs vom Werkzeug bearbeitet wird. In herkömmlicher Weise wird daher zur
Erzielung einer hohen Oberflächenqualität mit einem
besonders geringen Vorschub gearbeitet. Ein hiervon abweichender
Ansatz zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität besteht darin, den Kontaktbereich
zwischen der Schneide des Werkzeugs und der Werkstückoberfläche möglichst
breit auszubilden. Wird das Werkstück beispielsweise durch Drehen
zerspant, so sollte der Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche derart
gestaltet werden, dass die Schneide des Werkzeugs mehrfach den selben Oberflächenabschnitt
des Werkstücks
bearbeitet, wobei bei mehreren aufeinander folgenden Umdrehungen
jeweils ein Span von diesem Oberflächenabschnitt abgehoben wird.
Um einen insgesamt gleichmäßigen Materialabtrag
von der Werkstückoberfläche und
damit eine geringe Rauhigkeit zu gewährleisten, sollte die Summe
der Dicke der an einer Stelle der Oberfläche abgehobenen Späne in Vorschubrichtung
möglichst
wenig variieren. Des Weiteren trägt
zur Erzeugung einer besonders glatten Oberfläche eine Schneidengestaltung
bei, durch die beim mehrmaligen Materialabtrag von dem selben Oberflächenabschnitt
des Werkstücks
Spanquerschnitte abnehmender Dicke abgetragen werden, wobei gleichzeitig
der Winkel zwischen der Vorschubrichtung und dem Abschnitt der Schneide,
der den Span an dieser Stelle abhebt, abnimmt. Dies ist durch die insgesamt
konvex nach außen
gekrümmte
Schneide der Schneidplatte erreicht. Zudem beeinflusst eine geringfügige Verdrehung
der Schneidplatte um die Mittelachse kaum die erzielbare Oberflächenqualität.
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Bevorzugt
wird die konvex nach außen
gekrümmte
Schneide als Nebenschneide eingesetzt. Dabei kann diese Nebenschneide
als Schlichtschneide fungieren, während eine an diese anschließende Hauptschneide
eine Schruppschneide ist. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind
beide Schneiden gleichartig ausgebildet, so dass jede Schneide sowohl
als Neben- oder Schlichtschneide als auch als Haupt- oder Schruppschneide
einsetzbar ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, mehrere Schneiden
rotationssymmetrisch um die Mittelachse anzuordnen. Die Schneidplatte
ist hierbei bevorzugt als Wendeschneidplatte ausgebildet.
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Die
Schneidplatte wird an deren Deckfläche, der gegenüber liegenden
Grundfläche,
und/oder an einer oder mehreren Seitenflächen in einem Zerspanungswerkzeug
gehalten. Um eine stabile Halterung an einer Seitenfläche zu ermöglichen,
erstreckt sich die gekrümmte Übergangsfreifläche nach
einer bevorzugten Ausgestaltung nur über einen Teil der Höhe der Freifläche, während die
an die Übergangsfreifläche anschließende Freifläche eben
ist.
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Die
Schneide weist eine Krümmung
mit einer einzigen Krümmungsrichtung
auf, wobei sich diese Krümmung
vorzugsweise über
die gesamte Länge der
Schneide erstreckt. Hierbei kann die Schneide verschiedene Krümmungsradien
aufweisen, wobei der Krümmungsradius
zu den beiden Ecken der Schneide hin abnehmen kann. Der größte Krümmungsradius
der Schneide ist bevorzugt größer als der
Abstand zwischen der Schneide und der Mittelachse. Durch diese Ausbildung
der Schneide ist insbesondere bei Nutzung der Schneide als Nebenschneide
eine hohe Oberflächengüte erzeugbar.
Die Kontaktlänge
zwischen der Schneide und dem Werkstück ist dabei bevorzugt größer die
Hälfte
der Länge der
Schneide.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1a eine
Schneidplatte mit konvex nach außen gekrümmten Schneiden in perspektivischer Ansicht,
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1b eine
Einzelheit der Schneidplatte nach 1a,
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2a eine
Draufsicht auf die Schneidplatte nach 1a,
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2b eine
Einzelheit der Schneidplatte nach 2a,
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3a einen
Querschnitt der Schneidplatte nach 1a,
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3b ein
Detail der Schneidplatte nach 3a,
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4a eine
Schneidplatte mit Spanformstufe und mit konvex nach außen gekrümmten Schneiden
in perspektivischer Ansicht,
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4b eine
Einzelheit der Schneidplatte nach 4a,
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5a eine
Draufsicht auf die Schneidplatte nach 4a,
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5b eine
Einzelheit der Schneidplatte nach 5a,
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6a einen
Querschnitt der Schneidplatte nach 4a,
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6b ein
Detail der Schneidplatte nach 6a.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b zeigen
eine als achteckige Wendeschneidplatte ausgebildete Schneidplatte 1.
Die Schneidplatte 1 weist eine Deckfläche 2, eine dieser parallel
gegenüberliegende
Grundfläche 3 sowie
einen Umfang 4 auf. Der Umfang 4 ist von 8 identischen
Schneiden 5a bis 5h begrenzt. Die Schneiden 5a bis 5h liegen
in der Ebene der Deckfläche 2 und sind
symmetrisch um eine Mittelachse M angeordnet, die senkrecht zur
Deckfläche 2 ist,
die eine Spanfläche
bildet. Ebenfalls rotationssymmetrisch um die Mittelachse M sind
8 Freiflächen 6a bis 6h angeordnet,
die den jeweiligen Schneiden 5a bis 5h zugeordnet
sind. Jede der Freiflächen 6a bis 6h definiert
eine Freiflächenebene
FEa bis FEh. Die Schneiden 5a bis 5h befinden
sich, von der Mittelachse M aus betrachtet, jeweils außerhalb
der jeweiligen Freiflächenebene
FEa bis FEh. In der jeweiligen Mitte der Schneide 5a bis 5h beträgt der Abstand
a zwischen dieser und der zugehörigen
Freiflächenebene
FEa bis FEh 0,08 mm.
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Zwischen
jeder Schneide 5a bis 5h und der zugehörigen Freifläche 6a bis 6h erstreckt
sich jeweils eine Übergangsfreifläche 7a bis 7h.
Die Übergangsfreifläche 7a bis 7h grenzt
an die zugehörige Freifläche 6a bis 6h an
einer gebogenen Freiflächenübergangslinie 8a bis 8h.
Die Übergangsfreifläche 7a bis 7h schließt mit einer
zur Deckfläche 2 senkrechten
Bezugsebene BE einen Übergangsfreiwinkel α ein. Die
Freifläche 6a bis 6h schließt mit der
Bezugsebene BE einen Winkel β ein,
der geringer als der Übergangsfreiwinkel α ist. Der
Winkel β ist
ein Haupt- oder
Nebenschneidenfreiwinkel, je nachdem ob die Schneide 5a bis 5h als
Haupt- oder Nebenschneide
eingesetzt wird. Die Übergangsfreifläche 7a bis 7h erstreckt
sich von der Deckfläche 2 aus über eine
Breite b in Richtung der Grundfläche 3. Hierbei
nimmt die Übergangsfreifläche 7a bis 7h nur einen
kleineren Teil der Höhe
H der Freifläche 6a bis 6h,
die mit der Höhe
der Schneidplatte 1 identisch ist, ein. Die Freifläche 6a bis 6h steht
damit als ebene Fläche
zur Anlage auf einer nicht dargestellten Anlagefläche eines
Werkzeugskörpers
zur Verfügung.
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Zentral
um die Mittelachse M weist die Schneidplatte 1 eine Bohrung 9 auf,
wodurch auf einfache Weise eine Lochklemmung der Schneidplatte 1 an
einem nicht dargestellten Werkzeugkörper eines Zerspanungswerkzeuges,
beispielsweise eines Fräsers,
ermöglicht
ist. Alternativ kann die Schneidplatte 1 auch ohne Bohrung
ausgeführt
und beispielsweise für
eine Pratzenklemmung oder ein Kniehebelklemmung vorgesehen sein.
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Im
Zerspanungsbetrieb wird beispielsweise die Schneide 5b als
Haupt- oder Schruppschneide eingesetzt, während die benachbarte Schneide 5a als
Schlicht- oder Nebenschneide
eingesetzt wird. Die mit V bezeichnete Vorschubrichtung, die beispielsweise
beim Drehen eines rotationssymmetrischen Werkstücks mit dessen Rotationsachse
zusammenfällt,
ist zumindest annähernd
senkrecht zur Mittelachse M der Schneidplatte 1. Die Schneidplatte 1 hebt
in diesem Fall am Umfang des Werkstücks einen Span ab, wobei die
Schneidrichtung zumindest angenähert
mit der Mittelachse M zusammenfällt
und etwa senkrecht zur Vorschubrichtung V verläuft. Während die Hauptschneide 5b vom
Werkstück
einen relativ dicken Span abhebt, dessen Breite sich jedoch nur über einen
Teil der Länge
L der Schneide 5b erstrecken kann, ist die Nebenschneide 5a mit dem
Werkstück
auf einer Kontaktlänge
KL in Kontakt, die sich über
mehr als die Hälfte
der Länge
L der Schneide 5a erstreckt. Durch die Nebenschneide 5a wird
nur ein sehr dünner
Span vom Werkstück
abgehoben. Die Vorschubgeschwindigkeit des Zerspanungswerkzeugs,
auf dem die Schneidplatte 1 montiert ist, ist so bemessen,
dass ein und derselbe Oberflächenabschnitt
des Werkstücks
mehrfach von der Nebenschneide 5a bearbeitet wird.
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Die
Krümmung
der Schneide 5a bis 5h geht von einem kleineren
Eckenradius R1 an deren Rändern
in einen größeren Krümmungsradius
R2 in deren Mitte über.
Die erzielbare Oberflächenrauhigkeit des
Werkstücks
wird durch den größeren Krümmungsradius
R2 bestimmt, der größer ist
als der Abstand A von der Schneide 5a bis 5h zur
Mittelachse M. Jede Schneide 5a bis 5h wird an
deren Übergang zur
nächst
gelegenen Schneide 5b bis 5a jeweils von einer
Ecke 10a bis 10h mit dem Eckenradius R1 begrenzt.
Befindet sich bei der Zerspanung ein Teil der Schneide 5a,
die daran grenzende Ecke 10a sowie ein Teil der Schneide 5b in
Kontakt mit dem Werkstück,
so hat die Ecke 10h keinen Kontakt zum Werkstück. Die
Kontaktlänge
KL ist somit geringer als die Länge
L der Schneide 5a. Die Ausbildung der an die Schneide 5a grenzenden
Ecke 10h ist somit für
die Erzielung einer hohen Oberflächengüte nicht
relevant. Auch ein kleiner Eckenradius R1 wirkt sich damit nicht
negativ auf die erzielbare Oberflächenqualität aus.
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In
den 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b ist
in Darstellungen entsprechend den 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b eine
alternative Ausführungsform
einer Schneidplatte 1 abgebildet. In dieser Ausführungsform
weist die Schneidplatte 1 auf deren Deckfläche 2 jeweils
in mehrere Winkelbereiche aufgeteilte Spanformstufen 11a bis 11h auf.
Die Schneiden 5a bis 5h sind in diesem Fall geringfügig von
der Deckfläche 2 aus
in Richtung der Grundfläche 3 versetzt. Die
konvex nach außen
gekrümmte
Form der Schneiden 5a bis 5h stimmt mit der Schneidenform gemäß den 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b überein.
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- 1
- Schneidplatte
- 2
- Deckfläche
- 3
- Grundfläche
- 4
- Umfang
- 5a–5h
- Schneiden
- 6a–6h
- Freiflächen
- 7a–7h
- Übergangsfreifläche
- 8a–8h
- Freiflächenübergangslinie
- 9
- Bohrung
- 10a–10h
- Ecken
- 11a–11h
- Spanformstufen
- α
- Übergangsfreiwinkel
- β
- Winkel
- a
- Abstand
- A
- Abstand
- B
- Breite
- BE
- Bezugsebene
- FEa–FEh
- Freiflächenebene
- H
- Höhe
- KL
- Kontaktlänge
- L
- Länge
- M
- Mittelachse
- R1
- Eckenradius
- R2
- Krümmungsradius
- V
- Vorschubrichtung