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Die
Erfindung betrifft einen Schneideinsatz zur spanenden Bearbeitung
von Rotationsflächen an Werkstücken, insbesondere
von Kurbel- oder Nockenwellen, mit einer Auflagefläche
und einer Spanfläche, die durch Freiflächen miteinander
verbunden werden, wobei die aneinander angrenzenden Freiflächen
und die Spanfläche mehrere nutzbare Schneidkanten bilden.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Werkzeug, bestehend aus einem Werkzeughalter
und mindestens einem Schneideinsatz, der in einer Ausnehmung zur
Befestigung montiert ist.
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Zur
Bearbeitung von Kurbel- oder Nockenwellen werden beispielsweise
Außenfräser verwendet, die an der Mantelperipherie
mit einer Vielzahl von Schneideinsätzen bestückt
sind. Bekannt sind ebenso sog. Dreh-Drehräumwerkzeuge,
die zur Bearbeitung der Kurbel- oder Nockenwelle radial eingeschwenkt
werden, wobei durch entsprechende Werkzeugführung nacheinander
unterschiedliche Werkzeuge in spanenden Eingriff mit dem Werkstück
gebracht werden. Bei den genannten Werkzeugtypen ist es erforderlich,
mehrere unterschiedliche Schneideinsätze zu verwenden,
die aufgrund ihrer Formgestaltung dem jeweiligen Bearbeitungsschritt angepasst
sind. Bei der Kurbelwellen- oder Nockenwellenbearbeitung sind dies
insbesondere die Bearbeitung von Wangen sowie Zapfen und ggf. eine
Unterstichfertigung. Für die Wangen- und Zapfenbearbeitung
müssen nach dem Stand der Technik unterschiedliche Schneideinsätze
verwendet werden. Zur Wangenbearbeitung eignet sich beispielsweise
ein in der Draufsicht rhombischer Schneideinsatz, wohingegen für
die Zapfenbearbeitung Einstechwerkzeuge mit geraden Schneidkanten
für eine Grobbearbeitung oder kammartige Schneidplatten
für eine Schlichtbearbeitung verwendet werden, die längsaxial
geführt werden müssen. Schneideinsätze
zur Schlichtbearbeitung sind beispielsweise in der
DE 10 2006 016 626 A1 beschrieben.
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Ein
großes Problem stellt die umfangreiche Lagerhaltung für
verschiedene Schneideinsätze dar, weshalb es wünschenswert
ist, die Anzahl der bevorrateten Schneid einsatztypen zu minimieren.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Schneideinsatz zu schaffen, der sowohl für die Wangen-
als auch für die Zapfenbearbeitung einer Kurbelwelle geeignet
ist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch einen Schneideinsatz nach Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß sind
bei diesem Schneideinsatz auf einer Seite zwei nebeneinander liegende
und einen stumpfen Winkel einschließende erste Schneidkanten
angeordnet, die an der jeweiligen Außenseite des Schneideinsatzes über
abgerundete Schneidecken in Nebenschneidkanten übergehen.
Die ersten Schneidecken und die jeweiligen benachbarten Nebenschneidkanten
bilden einen Winkel vom 80° bis 100°, vorzugsweise
90°, so dass sich aufgrund der stumpfwinkligen Anordnung
der ersten Schneidkanten der Schneideinsatz über ein Teilbereich
zum entgegengesetzten Ende hin zu einer geringeren Breite verjüngt.
Am entgegengesetzten Ende des Schneideinsatzes ist eine zweite,
gerade (oder auch kammförmig) ausgebildete und sich quer zur
Schneideinsatzlängsachse erstreckende Schneidkante angeordnet,
die über abgerundete Schneidecken in Nebenschneiden übergeht,
die zumindest im Wesentlichen parallel zur Schneidkantenlängsachse
verlaufen. Die zuletzt genannte gerade Schneidkante ist für
die Zapfenbearbeitung sowie für die Fertigung von Einstichen
geeignet, wohingegen die ersten Schneidkanten jeweils für
die Bearbeitung von Wangen an Kurbelwellen geeignet ist. Die stumpfwinklige
Anordnung der ersten Hauptschneiden schafft zudem die Möglichkeit,
dass jede dieser ersten Hauptschneiden auch für die Zapfenbearbeitung
verwendbar ist, worauf anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
noch näher eingegangen wird. Der erfindungsgemäße
Schneideinsatz besitzt den Vorteil, dass aufgrund der vorgesehenen drei
unterschiedlichen Schneidkanten auf gegenüberliegenden
Seiten entsprechend der Schneidkantenausbildung verschiedene Zerspanungsoperationen
mit ein und demselben Schneideinsatz durchführbar sind.
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Weiterbildungen
des Schneideinsatzes sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So
wird vorzugsweise der stumpfe Winkel α, den die ersten
Schneidkanten einschließen, zwischen 150° und < 180° gewählt.
Dieser stumpfe Winkel wird in Verbindung mit der sich zum entgegengesetzten
Ende hin leicht verjüngenden Form des Schneideinsatzes
dazu genutzt, dass der Schneideinsatz leicht gegenüber
der Längsachse bei Vorschubbewegungen gekippt werden kann,
so dass sowohl bei einer Wangenbearbeitung als auch bei einer etwaigen
Bearbeitung des Zapfengrundes durch eine der ersten Hauptschneidkanten
die benachbarte Hauptschneidkante nicht mit dem Werkstück
in Eingriff kommt.
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Weiterhin
vorzugsweise sind parallel und im Abstand zu der zweiten geraden
Schneidkante und/oder im Abstand zu den ersten Schneidkanten Spanformmulden
angeordnet, welche die Spanlenkung und den Spanbruch optimieren
sollen.
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Vorzugsweise
werden im Anschluss an die ersten Schneidkanten und die zweite Schneidkante Freiwinkel > 0°, vorzugsweise > 3° und/oder
Spanwinkel zwischen 5° und 30° gewählt.
Diese Maße dienen dazu, den Schneideinsatz so einspannen
zu können, dass die Schnittkräfte minimiert werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsvariante kann jede der ersten
Schneidkanten in einer Draufsicht auf die Spanfläche betrachtet
konkav ausgebildet sein.
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Nach
einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist zwischen den beiden
ersten Schneidkanten eine Einkerbung angeordnet, die zum einen eine Trennung
der ersten Schneidkanten bewirkt und zudem die Möglichkeit
schafft, dass in diese Einkerbung ein Stift des Werkzeughalters
beim montierten Schneideinsatz eingreifen kann, so dass der Schneideinsatz
besser bzw. zusätzlich in dem Schneideinsatzsitz fixiert
ist.
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Vorzugsweise
wird die quer zur Schneideinsatzlängsachse gemessene Breite
des Schneideinsatzes im Bereich der ersten Schneidkanten so gewählt,
dass sie 1,5 bis 2× größer ist als die
Länge der zweiten Schneidkanten, welche die Breite des Schneideinsatzes
an diesem Ende bestimmt.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Werkzeug mit mindestens einer Ausnehmung
zur Befestigung eines Schneideinsatzes der vorbeschriebenen Art,
wobei der sog. Plattensitz der Auflagefläche des Schneideinsatzes
angepasst ist und zusätzlich einen Stift aufweist, der
in die zuvor geschilderte Einkerbung des Schneideinsatzes eingreift,
so dass neben den üblicherweise verwendeten Spannmittel,
nämlich eine Klemmpratze oder einer Spannschraube, eine
zusätzliche Fixierung des Schneideinsatzes bewirkt wird.
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Ein
Ausführungsbeispiel des Schneideinsatzes ist in den Zeichnungen
dargestellt. Ferner sind nach dem Stand der Technik erforderliche
Zerspanungsoperationen im Vergleich zu den Einsatzmöglichkeiten
des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes dargestellt.
Es zeigen:
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1a–f
Prinzipskizzen über einzelne nach dem Stand der Technik
bekannte Arbeitsschritte,
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2 eine
Draufsicht auf die Spanfläche eines erfindungsgemäßen
Schneideinsatzes und
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3–7 Prinzipskizzen über
mögliche Zerspanungsarbeiten mit einem Schneideinsatz nach 2.
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Wie
aus 1a bis 1f hervorgeht,
sind zur Bearbeitung einer Kurbelwelle mehrere unterschiedliche
Zerspanungsoperationen notwendig. Für die (Vor-)Glättung
der Hubzapfen wird der in 1 dargestellte
Schneideinsatz 16 benötigt, der, wie durch Pfeil 17 dargestellt,
radial zugestellt und zur Glättung der Fläche 11 des
Zapfens verwendbar ist. Der aus 1b ersichtliche
rhombische Schneideinsatz 18 dient zur Glättung
der (in der Zeichnung links) dargestellten Wange 12, wohingegen
ein ähnlicher Schneideinsatz 20 zur Glättung
der (in der Zeichnung rechts dargestellten) Wand 13 benötigt
wird. Schneideinsätze 19 und 21, die
eine vorspringende konvexe Schneidkante besitzen, dienen zur Fertigung
benötigter Unterstiche 14 und 15 (siehe 1d und 1e),
wohingegen eine abschließende Schlichtbearbeitung durch
einen Schneideinsatz 22 mit kammartigen Schneidkanten bewirkt
werden. Die Arbeitsgänge, die in 1a bis 1c dargestellt werden,
lassen sich mit nur einem einzigen Schneideinsatz erledigen, so
dass nicht wie bisher notwendig, drei, sondern nur zwei Schneideinsatztypen
benötigt werden. Ein entsprechender Schneideinsatz ist
in 2 skizziert. Dieser Schneideinsatz 24 besitzt
zwei erste Schneidkanten 25 und 26, die durch
eine Einkerbung 27 (geometrisch) unterbrochen sind. Die
ersten Schneidkanten 25 und 26 können
geradlinig ausgebildet sein, oder wie der 2 zu entnehmen,
leicht konvex verlaufen. An den jeweiligen Außenseiten
gehen die Schneidkanten 25 und 26 über
abgerundete Schneidecken 28 und 29 in Nebenschneidkanten 30, 31 über,
wobei die ersten Schneidecken 25, 26 mit den jeweiligen benachbarten
Schneidkanten 30, 31 vorzugsweise einen rechten
Winkel von 90° bilden. Der Schneideinsatz 24 verjüngt
sich über Teilbereiche 32 auf eine geringere Breite,
die durch die zweite Schneidkante 33 bestimmt wird. Die
Schneidkante 33 wird seitlich durch Schneidecken 34 und 35 begrenzt,
denen sich Nebenscheiden 36 und 37 anschließen.
Inmitten des Schneideinsatzes ist ein Befestigungsloch 38 zur Aufnahme
einer Spannschraube vorgesehen. Jeweils im Abstand zur Schneidkante 33 bzw.
zur Schneidkante 25 und 26 sind Spanformmulden 39, 40 und 41 auf
der Spanfläche angeordnet, welche die Lenkung des Spans
und einen Spanbruch bewirken. Die Ausbildung von Spanmulden oder
auch erhabenen Spanformelementen in Form von Rippen, teilkugel-
oder kegelstumpfförmiger Elemente ist im Prinzip nach dem
Stand der Technik bekannt, so dass auch bei der vorliegenden neuen
Ausgestaltung des Schneideinsatzes auf solche bekannten Ausführungsformen
zurückgegriffen werden kann. Der Schneideinsatz hat eine
positive Schneidgeometrie, d. h., dass die an die Schneidkanten 25, 26 und 33 angrenzenden
Freiflächen unter einem positiven Freiwinkel geneigt sind.
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3 bis 7 stellen
mögliche Zerspanungsoperationen dar, welche mit dem erfindungsgemäßen
Schneideinsatz 24 durchführbar sind. In 3 ist
dies eine Einstichbearbeitung in einem Werkstück 42 durch
radiale Zustellung (siehe Pfeil 43). Bei dieser Stechbearbeitung
wird lediglich die Schneide 33 (in Verbindung mit den Nebenschneiden 36 und 37)
benutzt.
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Bei
der Bearbeitung des Werkstückes 44 werden nur
die Hauptschneide 26 und die Nebenschneide 31 benutzt,
indem der Schneideinsatz 24 zunächst radial zugestellt
wird und anschließend quer zum Werkstück geführt
wird, wie dies Pfeile 45 und 46 veranschaulichen.
Durch anschließende Kippung des Schneideinsatzes gegen
den Uhrzeigersinn und Bewegung des Schneideinsatzes in Richtung
der Pfeile 47 und 48 ist es möglich,
unter Einsatz der Schneiden 25 und 30 die weitere
Bearbeitung des Hubzapfens sowie der rechten Wange vorzunehmen.
Eine alternative Werkzeugführung offenbaren 5 bis 7,
bei der zunächst die Einstichbewegung des Schneideinsatzes 24 unter
Benutzung der Schneidkante 33, wie in 3 beschrieben,
vorgenommen wird. Die Zerspanungsoperation nach 6 entspricht
der Führung des Schneideinsatzes 24 entlang der
Pfeile 45 und 46 wie zuvor beschrieben, wobei
zunächst eine linke Wange und anschließend der
Hubzapfen, bis etwa zur Hälfte geglättet wird.
Anschließen und wie in 7 dargestellt,
wird der Schneideinsatz 24 erneut radial (siehe Pfeil 49) zugestellt,
wobei die Bearbeitung der rechten Wange und anschließend
durch Führung des Schneideinsatzes 24 in Richtung
des Pfeils 50 die Glättung des Hubzapfens, d.
h. der rechten Seite, vorgenommen wird. Der Schneideinsatz 24 kann
somit als reines Stechwerkzeug als auch mittels Benutzung der Schneiden 25, 26 sowohl
für die Wangenbearbeitung als auch für die Hubzapfenglättung
verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung schließt auch solche Ausführungsarten
des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes ein, bei
denen die geradlinige Schneidkante 33 kammartig ausgebildet
ist und dann in der in 1f dargestellten Weise für
abschließende Schlichtbearbeitung verwendet wird.
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In 2 zusätzlich
angedeutet ist ein Stift 51, der im Schneidplattensitz,
d. h. der Ausnehmung für die Aufnahme des Schneideinsatzes
des Werkzeughalters, angeordnet ist und der der zusätzlichen Fixierung
des Schneideinsatzes dient, der über eine (nicht dargestellte)
Spannschraube, welche die Bohrung 38 durchgreift, zusätzlich,
insbesondere gegen Rotation, fixiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0003]