-
Die
Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug zur Zerspanung von hauptsächlich
metallischen Werkstoffen, mit einem Klemmhalter und einer am Klemmhalter
angeordneten Schneidkörperunterlage auf der ein Schneidkörper
aufliegt, der von einer Spannpratze auf die Schneidkörperunterlage
und an eine außerhalb der Schneidkörperunterlage
angeordneten Anlagefläche gedrückt wird.
-
Zum
Stand der Technik in der zerspanenden Industrie gehören
heute eine Vielzahl von Stechsystemen und Schneidwerkzeugen mit
auswechselbaren Schneidkörpern, Schneidkörperunterlagen
und Schneidkörperniederhaltern bzw. Spannpratzen und anderen
Arten der Schneidkörperbefestigung. Viele Schneidwerkzeuge
beschränken sich dabei auf das Einstechen, meist das Stechen
von Nuten, bei dem das Schneidwerkzeug nur in axialer Richtung bewegt wird.
Der durch die Schnittkräfte entstehende Schnittdruck während
des spanabtragenden Stechvorganges und die ablaufenden Späne
auf dem Schneidkörper verursachen Wärmeentwicklung
und Verschleiß am Schneidkörper und den ihn umgebenden
Komponenten. Die schnittdruckaufnehmende Anlagefläche für
den Schneidkörper ist meist eine ebene oder prisma-ähnliche
Fläche am Grundträger selbst. Diese direkt am
Grundträger oder auch an der Schneidkörperunterlage
angebrachte Anlagefläche unterliegt durch die fortwährende
Schnittdruck- und Wärmebelastung nur einer eingeschränkten
Lebensdauer und muss regelmäßig ersetzt werden,
um einen sicheren Zerspanungsprozess und maßhaltige Werkstücke
zu gewährleisten.
-
Wenn
nun im Anwendungsfall zur üblichen axialen Bewegung noch
eine radiale Bewegung des Schneidwerkzeuges hinzukommt, dies ist
zum Beispiel beim Gewindedrehen oder Profil- und Konturdrehen der
Fall, wirken die auftretenden Schnittkräfte zusätzlich
auch seitlich auf das gesamte Stech- und Spannsystem. Durch das
meist ungünstige Breite- zu Länge Verhältnis
der Schneidkörper entsteht dadurch eine Hebelbewegung auf
den Schneidkörper, die ihn aus seiner fixierten Position
bewegen will. Diese Bewegung führt oftmals zum Versagen
des gesamten Spannsystems. Eine Prozesssicherheit ist somit gefährdet,
ein Bruch des Schneidkörpers mit unvorhergesehenen Schäden
an Mensch und Material kann die Folge sein.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass er durch Austausch verschleißanfälliger
Komponenten eine längere Standzeit aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Anlagefläche
Teil einer als separates Bauteil ausgebildeten Schneidkörperanlage
ist, die am Klemmhalter austauschbar befestigt ist. Durch Austausch
der Schneidkörperanlage bei Verschleiß ist der
Klemmhalter weiter einsatzbereit und braucht nicht ersetzt zu werden.
-
In
erfinderischer Ausgestaltung ist die Schneidkörperanlage
auf dem Klemmhalter in zumindest zwei Einbaurichtungen befestigbar,
wobei in jeder Einbaurichtung eine Anlagefläche für
den Schneidkörper zur Verfügung steht. Der vollständige Austausch
einer Schneidkörperanlage ist dadurch erst dann erforderlich,
wenn alle Anlageflächen der Schneidkörperanlage
verschlissen sind.
-
In
Weiterbildung der Erfindung weist die Schneidkörperanlage
zwei Stirnseiten auf, wobei auf jeder Stirnseite eine Anlagefläche
angeordnet ist und durch Wenden der Schneidkörperanlage
auf dem Klemmhalter jeweils eine Anlagefläche für
den Schneidkörper zur Verfügung steht. Bevorzugt
ist die Schneidkörperanlage quaderförmig ausgebildet.
-
Bevorzugt
ist die Schneidkörperanlage durch Schrauben auf dem Klemmhalter
befestigt.
-
In
erfinderischer Ausgestaltung ist die Schneidkörperanlage über
eine Nut/Feder-Verbindung passgenau auf dem Klemmhalter positionierbar.
Hierdurch kann beim Austausch und auch im Einsatzfall die Schneidkörperanlage
auf dem Klemmhalter nicht verrutschen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung liegt die Schneidkörperanlage
auf einer Anschlagfläche des Klemmhalters auf und sind
in der Anschlagfläche zwei Gewindebohrungen zur Verschraubung
der Schneidkörperanlage auf dem Klemmhalter eingebracht
und ist zwischen den Gewindebohrungen die Nut/Feder-Verbindung angeordnet.
-
Bevorzugt
besteht die Schneidkörperanlage aus folgenden oder einer
Kombination aus folgenden Materialien: hoch legierter und vergüteter
Stahl, Warmarbeitsstahl oder Keramik.
-
In
einer Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen der Schneidkörperanlage
und dem Klemmhalter Elemente mit besonderen Eigenschaften für die
Wärmeleitung, die Dämpfung, oder die elektrische
oder thermische Isolierung angeordnet. Zum Beispiel können
dies Elemente mit geringer Wärmeleitfähigkeit
sein.
-
In
erfinderischer Weiterbildung sind die Schneidkörperunterlage,
die Schneidkörperanlage und die Spannpratze auf dem Klemmhalter
mit einer Nut/Feder-Verbindung passgenau geführt. Hierdurch befinden
sich diese immer in der erforderlichen Position.
-
Bevorzugt
ist die Schneidkörperanlage in gleicher axialer Richtung
wie die Schneidkörperunterlage angeordnet, wodurch beide
Teile optimal zur Schneidplatte ausgerichtet sind.
-
In
erfinderischer Ausgestaltung sind der Schneidkörper und
die Schneidkörperanlage auf der Schneidkörperunterlage
geführt, wobei die Schneidkörperunterlage an ihrer
zum Schneidkörper und zur Schneidkörperanlage
gewandten Seite eine Führungsleiste aufweist und der Schneidkörper
und die Schneidkörperanlage an ihrer zur Schneidkörperunterlage
gewandten Seite jeweils ein an die Führungsleiste angepasstes
Eingriffselement, oder umgekehrt, aufweisen. Dies ermöglicht
eine optimale Ausrichtung dieser Teile.
-
Sinnvollerweise
ist die Führungsleiste eine rinnenartige Vertiefung und
sind die Eingriffselemente sphärische Auskragungen.
-
In
erfinderischer Ausgestaltung weist der Klemmhalter eine Nut auf
und weist die Schneidkörperunterlage an ihrer zum Klemmhalter
gewandten Seite eine Feder auf, wobei die Schneidkörperunterlage über
die in die Nut eingreifende Feder passgenau auf dem Klemmhalter
geführt ist.
-
Bevorzugt
sind in der Nut Gewindebohrungen eingebracht und weist die Schneidkörperunterlage
an die Anzahl der Gewindebohrungen angepasste durchgehende Bohrungen
auf und sind zur Befestigung der Schneidkörperunterlage
auf dem Klemmhalter Schrauben, die Schneidkörperunterlage
durchragend, in die Gewindebohrungen eingedreht. Hierdurch ist eine
einfache und feste Verbindung hergestellt.
-
Bevorzugt
sind die Schneidkörperunterlage und die Schneidkörperanlage
auf derselben Seite des Klemmhalters geführt.
-
In
einer erfinderischen Ausgestaltung ist auf dem Klemmhalter eine
nach hinten, d. h. weg vom Schneidkörper geneigte, als
Nut ausgebildete schiefe Ebene angeordnet und liegt die Spannpratze
mit einer als Feder ausgebildeten ähnlich schiefen Ebene
auf dieser in der Art einer Nut/Feder- Verbindung auf. Hierdurch
ist die Spannpratze einerseits geführt und erfährt
andererseits beim Befestigen auf dem Klemmhalter eine ziehende Bewegung
weg vom Schneidkörper.
-
Bevorzugt
ist die als Feder ausgebildete schiefe Ebene durch einzelne Auflagepunkte
ausgebildet.
-
Die
als Nut ausgebildete schiefe Ebene ist seitlich einerseits von einer
Führungsfläche auf dem Klemmhalter und andererseits
von der Schneidkörperanlage begrenzt.
-
In
der als Nut ausgebildeten schiefen Ebene ist eine in einem Winkel γ zur
schiefen Ebene verlaufende Befestigungsbohrung eingebracht, in die
eine die Spannpratze durchragende Schraube zur Befestigung der Pratze
auf dem Klemmhalter eingreift.
-
Der
Winkel γ liegt bevorzugt zwischen 75° und 85° und
beträgt vorzugsweise 80°.
-
Die
schiefe Ebene ist in einer Ausgestaltung in einem Winkel z Oberfläche
des Klemmhalters geneigt ist und der Winkel z ist kleiner als 30° und
größer als 10 und ist besonders bevorzugt kleiner
als 10° und beträgt vorteilhaft 3°.
-
Eine
erfindungsgemäße Schneidkörperanlage
für einen Klemmhalter eines Schneidwerkzeugs zur Zerspanung
von hauptsächlich metallischen Werkstoffen weist erfindungsgemäß mindestens zwei
Anlageflächen für einen Schneidkörper,
eine Nut oder ein Passstück zur Nut/Feder-Verbindung der
Schneidkörperanlage mit dem Klemmhalter auf und ist mit
zwei Durchgangsbohrungen zur Befestigung der Schneidkörperanlage
mit Schrauben am Klemmhalter versehen.
-
Weitere
Merkmale der Erfindung sind in den Figuren gezeigt, die nachfolgend
beschrieben sind.
-
Die
Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug 1 (siehe Figuren),
welches in seiner Grundkonzeption gleichermaßen zum Einstechen,
Gewindeschneiden und Stechdrehen verwendet werden kann. Es besteht
immer aus einem Grundträger, im Folgenden Klemmhalter 2 genannt,
einer auswechselbaren Schneidkörperunterlage 3,
einer neuartigen auswechselbaren Schneidkörperanlage 4 und
einem auswechselbaren Schneidkörperniederhalter, im Folgenden
Spannpratze 5 ge nannt. Schneidkörperunterlage 3,
Schneidkörperanlage 4 und die Spannpratze 5 bilden
das so genannte Spannsystem und sind erfindungsgemäß an
die Form und Funktion des verwendeten Schneidkörpers 6 angepasst,
bzw. anpassbar. Der Vorteil dieser Erfindung liegt in der Verwendung
einer auswechselbaren Schneidkörperanlage 4 und
die multifunktionelle Ausführung aller zur Verwendung kommenden
Komponenten, um den bei der Zerspanung wechselnden Einsatzfällen
gerecht zu werden und dem Anwender eine möglichst einfache
Auswahl und Montage der Komponenten zu gewährleisten. Standardisierung
und Baukastensystematik stehen hier im Vordergrund.
-
Als
besonderes erfinderisches Merkmal ist hierbei die verwendete und
austauschbare Schneidkörperanlage 4 zu nennen.
Sie besitzt ein oder mehrere, dem anliegenden Schneidkörper 6 angepassten Enden,
im Folgenden Anlageflächen 7 genannt, und ist
vorwiegend durch Schrauben 8 an der Kontaktfläche 9 des
Klemmhalters 2 befestigt. Diese Schneidkörperanlage 4 ist
in gleicher axialer Richtung wie die Schneidkörperunterlage 3 angeordnet.
Der Klemmhalter 2 (siehe 4) weist
in gleicher axialer Richtung eine Nut oder Führungsnut 10 und
Befestigungsbohrungen oder Gewindebohrungen 11 auf. Rechtwinklig
zur Führungsnut 10 befindet sich in der Mitte
zwischen beiden Gewindebohrungen 11 der Schneidkörperunterlage 3 eine
Nut oder Führungsnut 12 und beidseitig dazu die
zugehörigen Befestigungsbohrungen oder Gewindebohrungen 13 für
die auswechselbare Schneidkörperanlage 4.
-
Die
Anlageflächen 7 der Schneidkörperanlage 4 weisen
eine Prismenform auf zur formschlüssigen Verbindung zwischen
Schneidkörper 6 und Schneidkörperanlage 4 (siehe
z. B. 3). Hierdurch werden die beim Stechdrehen auftretenden Querkräfte
aufgefangen und durch die vertikale Steifigkeit der Verbindung ein
Verdrehen und Wegkippen des Schneidkörpers 6 verhindert.
Zusätzlich wird der Schneidkörper 6 durch
eine weitere prismenförmige Verbindung, auch als Führungsleiste 14 bezeichnet, zwischen
der Unterseite des Schneidkörpers 6 und der Oberseite
der Schneidkörperunterlage 3 geführt. Mögliche
Form- und Lagefehler der miteinander wirkenden Komponenten werden
durch die gleiche axiale Ausrichtung der Komponenten und die aufeinander
abgestimmten Toleranzen der Anlagen, Führungen und Prismen
im technischen Sinne einer Spielpassung kompensiert.
-
Erfindungsgemäß kann
die Schneidkörperanlage 4 nach Langzeiteinsatz
und Verschleiß des im Einsatz befindlichen Endes, bzw.
der Anlagefläche 7, durch Drehen um 180° wieder
mit einem unverschlissenen Ende, bzw. einer unverschlissenen Anlagefläche 7 zum
weiteren Einsatz gebracht werden. Die Nut/Feder Verbindung und eine
Anschlagfläche 15 zwischen Grundkörper,
d. h. Klemmhalter 2 und Schneidkörperanlage 4 gewährleisten
beim Drehen der Schneidkörperanlage 4 eine passgenaue
erneute Positionierung. Die Schneidköperanlage 4 kann
somit mehrfach verwendet werden und bietet dem Anwender eine kostengünstige
Lebensdauerverlängerung des gesamten Stechsystems und eine
hohe Prozesssicherheit.
-
Die
einfache Auswechselbarkeit der Komponenten ermöglicht die
Verwendung verschiedenster Schneidkörperanlagen 4 mit
unterschiedlich geformten Enden, bzw. Anlageflächen 7,
Breiten und Längen. Besonders hervorzuheben ist, dass die
unterschiedlich geformten Anlageflächen 7 an die
unterschiedlichen Formen, Breiten und Längen der benötigten
Schneidkörper 4 angepasst sind. Es ist erfindungsgemäß natürlich
auch möglich, gleiche oder unterschiedlich geformte Anlageflächen 7 an
einer Schneidkörperanlage 4 zu verwenden. Die
Schneidkörperanlage 4 kann zudem aus unterschiedlichen Materialien
hergestellt werden. Zum Beispiel normale Vergütungsstähle
bei Normalanwendungen, Hochleistungsschnellschnittstähle
oder Warmarbeitsstähle bei hohen Belastungen durch hohe
Schnittdrücke oder Wärmeentwicklungen, die bei
der Zerspanung von unterschiedlichen Materialien mit Schneidkörpern
aus Keramik, Mischkeramik, kubischem Bornitrit, polykristallinen
Diamanten oder Hartmetall in unterschiedlicher Weise auftreten.
-
Ein
weiteres erfinderisches Merkmal ist die besondere Ausführung
und Lagerung des Niederhalters. Dieser Niederhalter, auch als Spannpratze 5 bekannt,
wird meist auf der Oberseite 16 des Grundkörpers 2 durch
z. B. eine Befestigungsschraube 17 befestigt. Die Spannpratze 5 wird
meist in einer positionsbestimmenden Form, nachfolgend als Führungsfläche 18 bezeichnet,
geführt (siehe 5). Die Spannkraft der Befestigungsschraube 17 übt über die
Kontaktpunkte 19 (siehe 6) zwischen
der nach hinten geschrägten Oberseite 16 des Klemmhalters 2 und
der Spannpratze 5 und die Kontaktzone 20 (in spezieller
Ausführungsform eine Nase an der Spannpratze) zwischen
Schneidkörper 6 und Spannpratze 5 eine
Spannkraft auf den Schneidkörper 6 aus. Durch
diese Spannkraft wird der Schneidköper 6 in das
Prisma, bzw. die Führungsleiste 14 auf die Schneidkörperunterlage 3 gedrückt.
-
Die
besondere Ausführung der Lagerung (16 und 18)
der Spannpratze 5 wird durch eine nach hinten geneigte
schiefe Ebene 16 auf dem Klemmhalter 2 gebildet.
Die Unterseite 21 der Spannpratze 5 ist ähnlich
schief ausgebildet und hat zudem in der Nähe der Außenkanten
definierte Auflagepunkte 19 (siehe 6). Über
diese Auflagepunkte 19 wird durch die beginnende Spannkraft,
die durch Anziehen der Befestigungsschraube 17, auch als
Spannschraube bezeichnet, ausgeübte wird, eine geradlinige
Bewegung vom Schneidkörper 6 weg nach hinten,
parallel zur Lage der Komponenten ausgeübt. Eine seitliche Führung
in Form einer weiteren Nut-Feder Verbindung durch die Führungsfläche 18 und
die Innenseite 22 der Schneidkörperanlage 4 verhindert
das Verdrehen der Spannpratze 5 bei diesem Spannvorgang. Durch
die resultierenden Kräfte und die kraft- oder formschlüssige
Verbindung zwischen Spannpratzennase, bzw. Kontaktzone 20 und
der Oberfläche des Schneidkörpers 6 wird
der Schneidkörper 6 formschlüssig an
das eine Ende, bzw. an die Anlagefläche 7 der
Schneidplattenanlage 4 gezogen. Es entsteht eine erfindungsgemäß optimale
Verbindung der den Schneidkörper 6 umgebenden
Komponenten.
-
Die
Spannpratzennase bzw. Kontaktzone
20 hat zudem im Kontakt-
und Eingriffsbereich zum Schneidköper
6 eine,
der Schneidkörperoberfläche angepasste Form. Diese
Form ist üblicherweise in Breite, Länge und Oberfläche
durch den Schneidkörper
6 bestimmt. Mögliche
Formen sind glatte und prismatische Formen sowie Mulden und spezielle runde
oder ovale Mulden oder Doppelmulden. Eine bevorzugte Mulde ist in
der
EP 1 536 903 61 (als Doppelmulde
bezeichnet) beschrieben.
-
Erfindungsgemäß beträgt
das Breite- zu Höhe Verhältnis der Spannpratzennase
mindestens 1:2 um eine ausreichende Biege- und Verwindungssteifigkeit
zu erzielen. Eine weitere erfinderischen Besonderheit (siehe 8)
dieses Spannsystems ist die unter einem Winkel y schräg
verlaufende Achse 23 der Befestigungsbohrung bzw. Gewindebohrung 24 für
die Befestigungsschraube 17 der Spannpratze 5.
Dieser Winkel y liegt erfindungsgemäß zwischen 75° und
85°, wobei sich 80° als besonders wirkungsvoll
beim Ausüben der gewollt nach hinten wirkenden Kraftkomponenten
erweist. In dieser Schnittdarstellung ist auch noch einmal deutlich
die im Winkel z nach hinten schräg verlaufende Oberfläche,
bzw. schiefe Ebene 16 des Klemmhalters 2 zu sehen,
die die Auflagefläche für die Spannpratze 5 bildet.
Beide Winkel (y und z) führen und die damit verbunden Funktionen üben
eine kraftresultierende Komponente aus, die gezielt über
alle wirkenden Komponenten den Schneidkörper 6 fest
in der angepassten Ausnehmungen (7 und 14) fixiert.
Im rechten Bild der 8 ist nochmals die Draufsicht
auf den Klemmhalter 2 zu sehen, der noch einmal die Lage
und Form der Nut oder Führungsnut 12 zeigt. Die
Form ist zusammen mit der Form der Schneidkörperanlage
eine Nut-Feder Verbindung, die wie gezeigt als Schwalbenschwanzführung
oder auch einfach recht-winklig ausgeführt sein kann.
-
Der
Schneidkörper
6 ist bevorzugt mit einer Spannmulde
versehen, wie sie in der
WO
03/013770 A1 beschrieben ist. Diese Spannmulde ist kreisförmig
ausgebildet und weist in der Mitte eine kugel- bzw. kreisförmige
Erhebung auf. Bevorzugt liegt die Erhebung oberhalb des Muldenbodens
und unterhalb der Schneidkörperoberseite. Zum Einspannen auf
dem Klemmhalter
2 greift die Spannpratze
5 mit angepasster
geformter Nase formschlüssig in die Mulde des Schneidkörpers
6 ein.
Diese Mulde dient zur formschlüssigen Spannung auf dem
Klemmhalter
2. Besonders für ziehende Schnitte,
bei dem der Schneidkörper durch die wirkenden Schnittkräfte
aus seinem Sitz gezogen werden könnte, bietet sich dieser
Schneidkörper
6 mit der besonderen Mulde an.
-
EP 1 536 903 B1 beschreibt,
wie schon weiter oben beschrieben, einen Schneidkörper
6 zum Einspannen
in ein Schneidwerkzeug zum Zerspanen von Gusswerkstoffen mit einer
Schneidkörperoberseite, einer ersten Spannmulde zum Einspannen
in das Schneidwerkzeug und einer Schneidkante zur spanabhebenden
Bearbeitung. Damit Läpp- oder Schleifbearbeitungen der
Schneidkörperoberseite die Klemmeigenschaften des Schneidkörpers
nicht beeinflussen, ist koaxial zur ersten Spannmulde eine zweite
Spannmulde angeordnet, wobei die erste Spannmulde tiefer als die
zweite Spannmulde und beide tiefer als die Schneidkörperoberseite
angeordnet sind. Beim Klemmen dieses Schneidkörpers in
einem Werkzeug liegt die Spannpratze des Werkzeugs auf der zweiten
Spannmulde auf und greift zum Beispiel mit einer Nase in die erste
Spannmulde ein.
-
Wie
in der
WO 2005/021192
A1 beschrieben, kann der Schneidkörper
6 aus
PCBN oder einem CBN-Verbundwerkstoff sein, wobei der Schneidkörper
eine Spannmulde aufweist. Die Spannmulde kann kreisförmig
ausgebildet sein und in der Mitte eine kugel- bzw. kreisförmige
Erhebung aufweisen. Die entsprechende Kontur der Spannmulde ist
bevorzugt über eine entsprechende Formgebung des Grünkörpers
eingebracht und der so hergestellte Grünkörper
wird dann getrocknet und gesintert.
-
Der
Schneidkörper kann auch mit einer Beschichtung versehen
sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 153690361 [0035]
- - WO 03/013770 A1 [0037]
- - EP 1536903 B1 [0038]
- - WO 2005/021192 A1 [0039]