DE102009017602A1 - Schneideinsatz und Werkzeug - Google Patents

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Abstract

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. Erfindungsgemäß ist der Schneideinsatz dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite zwei nebeneinander liegende und einen stumpfen Winkel einschließende erste Schneidkanten angeordnet sind, die an der jeweiligen Außenseite des Schneideinsatzes über abgerundete Schneidecken in Nebenschneidkanten übergehen, wobei die ersten Schneidkanten und die jeweiligen benachbarten Nebenschneidkanten einen Winkel von 80° bis 100°, vorzugsweise 90° bilden, so dass sich der Schneideinsatz über einen Teilbereich zum entgegengesetzten Ende hin zu einer geringeren Breite verjüngt und dass am entgegengesetzten Ende eine zweite, gerade ausgebildete und sich quer zur Schneideinsatzlängsachse erstreckende Schneidkante angeordnete ist, die über abgerundete Schneidecken in Nebenschneiden übergeht, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Schneideinsatzlängsachse verlaufen.

Description

  • 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.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Werkzeug, bestehend aus einem Werkzeughalter und mindestens einem Schneideinsatz, der in einer Ausnehmung zur Befestigung montiert ist.
  • 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.
  • 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.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Schneideinsatz nach Anspruch 1.
  • 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.
  • Weiterbildungen des Schneideinsatzes sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann jede der ersten Schneidkanten in einer Draufsicht auf die Spanfläche betrachtet konkav ausgebildet sein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1a–f Prinzipskizzen über einzelne nach dem Stand der Technik bekannte Arbeitsschritte,
  • 2 eine Draufsicht auf die Spanfläche eines erfindungsgemäßen Schneideinsatzes und
  • 37 Prinzipskizzen über mögliche Zerspanungsarbeiten mit einem Schneideinsatz nach 2.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
    • - DE 102006016626 A1 [0003]

Claims (8)

  1. 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, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite zwei nebeneinander liegende und einen stumpfen Winkel einschließende erste Schneidkanten (25, 26) angeordnet sind, die an der jeweiligen Außenseite des Schneideinsatzes über abgerundete Schneidecken (28, 29) in Nebenschneidkanten (30, 31) übergehen, wobei die ersten Schneidkanten (25, 26) und die jeweiligen benachbarten Nebenschneidkanten (30, 31) einen Winkel von 80° bis 100°, vorzugsweise 90° bilden, so dass sich der Schneideinsatz (24) über einen Teilbereich zum entgegengesetzten Ende hin zu einer geringeren Breite verjüngt und dass am entgegengesetzten Ende eine zweite, gerade ausgebildete und sich quer zur Schneideinsatzlängsachse (52) erstreckende Schneidkante (33) angeordnet ist, die über abgerundete Schneidecken (34, 35) in Nebenschneiden (36, 37) übergeht, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Schneideinsatzlängsachse (52) verlaufen.
  2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stumpfe Winkel (α), den die ersten Schneidkanten einschließen, 150° ≤ α < 180° beträgt.
  3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel und im Abstand zu der zweiten geraden Schneidkante (33) und/oder im Abstand zu den ersten Schneidkanten (25, 26) Spanformmulden (39, 40, 41) angeordnet sind.
  4. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die ersten Schneidkanten (25, 26) und die zweite Schneidkante (33) die Freiwinkel jeweils > 0°, vorzugsweise ≤ 3° sind und/oder die Spanwinkel zwischen 5° und 30° liegen.
  5. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schneidkanten (25, 26) in einer Draufsicht auch die Spanfläche betrachtet konkav ausgebildet sind.
  6. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden ersten Schneidkanten (25, 26) eine Einkerbung (27) angeordnet ist.
  7. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Schneideinsatzlängsachse (52) gemessene Breite des Schneideinsatzes im Bereich der ersten Schneidkanten (25, 26) 1,5 bis 2× größer ist als die Länge der zweiten Schneidkante (33).
  8. Werkzeug, bestehend aus einem Werkzeughalter mit mindestens einer Ausnehmung zur Befestigung eines Schneideinsatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Werkzeughalter befestigter Stift (51) in die Einkerbung (27) des montierten Schneideinsatzes (24) eingreift.
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