DE102010004526B4

DE102010004526B4 - Zerspanungswerkzeug

Info

Publication number: DE102010004526B4
Application number: DE102010004526.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Schuffenhauer; René Xylander
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: CN102712051A; FR2955046A1; CN102712051B; DE102010004526A1; US9827619B2; WO2011085978A1; US20130051935A1

Abstract

Zerspanungswerkzeug mit einem Halter (11) und mit einem In den Halter (11) einschraubbaren Schneidkopf (1), umfassend einen Schneidenbereich (3) und einen Kupplungsbereich (5), wobei der Kupplungsbereich (5) am Schneidkopf (1) eine dem Halter (11) zugewandte Plananlage (10), einen Spannkegel (9) sowie einen zylinderförmigen Gewindeträger (7) mit einem Außengewinde (8) aufweist und der Halter (11) an seiner Stirnseite eine plane Gegenanlagefläche (13) für die Plananlage (10), eine hohlkegelförmige Kegelanlagefläche (15) sowie ein zylindrisches Innengewinde (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Plananlage (10) zunächst der Gewindeträger (7) und an diesen der Spannkegel (9) anschließt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein derartiges Zerspanungswerkzeug ist aus der DE 601 16 746 T2 zu entnehmen. Bei diesem bekannten Zerspanungswerkzeug ist einer Schneidkopf in einen Halter eingeschraubt. der Schneidkopf weist dabei an seiner Unterseite eine Plananlage auf. An diese Plananlage schließt sich unmittelbar ein kegelstumpfförmige Spannfläche an, gefolgt von einem Gewinde, über das der Werkzeugkopf befestigt ist. Bei der Montage wird der Halter durch die kegelstumpfförmige Spannfläche aufgeweitet, bis die Plananlage zum Aufliegen auf einer Gegenanlagefläche am Halter kommt.
Ein in einen Halter einschraubbarer Schneidkopf ist beispielsweise weiterhin aus der US 2001/0041089 A1 bekannt.
Aufgrund der heutigen präzisen Fertigungsverfahren für Schneidwerkzeuge, insbesondere Schneidköpfe, ist es möglich, einen Schneidkopf zu fertigen, ohne dass am Ende des Fertigungsvorgangs aufwändige Feinbearbeitungen, insbesondere Schleifarbeiten am Schneidenbereich erforderlich sind. Aus Kostengründen möchte man zum einen auf Spannhilfen, beispielsweise Spannstifte im Kupplungsbereich verzichten und zum anderen das Schneidwerkzeug fertig steilen, ohne im Kupplungsbereich des Schneidkopfs zur Einpassung in den Halter nachbearbeiten zu müssen.
Aus der Zeitschrift „NZ-Fertigung” Heft 5, Jahrg. 2009, ist aus dem „Sonderteil Tools” ein Werkzeug der Firma Walter bekannt mit einem als „ConeFit” gekennzeichneten Fräser, bei welchem der Fräserkopf mit Hilfe eines kegelförmigen Gewindes und eines anschließ enden Fortsatzes im Fräserkopfhalter gespannt ist. Nachteilig bei diesem Werkzeug ist die Krafteinleitung. Aufgrund der Kegelform des Gewindes neigt dieses dazu, sich während der Fräsbearbetung immer weiter selbst zuzuziehen und dadurch die in der Verschraubung wirkenden Kräfte zu erhöhen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Zerspanungswerkzeug konstruktiv zu vereinfachen und es insbesondere in seinem Kupplungsbereich so zu verbessern, dass es einfach und ohne Hilfsmittel im Halter angebracht werden kann und zugleich sicher und zentriert im Halter einliegt.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche betreffen teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen der Erfindung.
Nach dem Anspruch 1 ist der Kupplungsbereich am Schneidkopf in drei Bereiche aufgeteilt. Zunächst ist dem Schneidenbereich benachbart eine Plananlage vorgesehen und an die Plananlage schließt sich in axialer Richtung ein zylinderförmiger Gewindeträger mit einem Außengewinde an. An den Gewindeträger schließt sich in axialer Richtung wiederum ein Spannkegel an. Der Halter weist an seiner Stirnseite eine plane Gegenanlagefläche auf, an welcher die Plananlage bei eingeschraubtem Schneidkopf fest anliegt. Im Halter schließt sich an die Gegenanlagefläche ein hohlzylindrischer Bereich mit einem Innengewinde an. In das Innengewinde ist das Außengewinde zur Fixierung des Schneidkopfs am Halter einschraubbar. Schließlich weist der Halter in Axialrichtung neben dem Innengewinde eine hohlkegelförmige Kegelanlagefläche auf. An dieser Kegelanlagefläche liegt der Spannkegel des Schneidkopfs bei in den Halter eingeschraubtem Schneidkopf an und spreizt den Halter im Bereich dieser Kegelanlagefläche auseinander.
Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist die Trennung der Krafteinleitung zur Bereitstellung der Spannkraft durch das zylindrische Gewinde und die Plananlage einerseits und die Zentrierung und Führung des Schneidkopfs im Halter durch den Spannkegel und die Kegelanlagefläche andererseits.
Im Gegensatz zum eingangs geschilderten Stand der Technik hat das mit dem Innengewinde des Halters zusammenwirkende Außengewinde des Schneidkopfs ausschließlich die Funktion, die Plananlage des Schneidkopfs gegen die Gegenfläche am Halter zu verspannen. Das zylinderförmige Gewinde verbessert hierbei die Kraftübertragung zwischen Schneidkopf und Halter. Die Zentriergenauigkeit des Spannkegels und der hohlkegelförmigen, vom Spannkegel aufgedehnten Kegelanlagefläche ist sehr hoch. Zudem verringert die Möglichkeit der Aufdehnung der hohlkegelförmigen Kegelanlagefläche im Halter zugleich den Verschleiß des Innengewindes und des Außengewindes.
Ein weiterer Vorteil ist der völlige Entfall von Spannhilfen. Wegen dieses Entfalls von Spannhilfen und der günstigen Kraftübertragung über das Außen- und Innengewinde benötigt der Kupplungsbereich des Schneidkopfs nur einen sehr geringen Einbauraum im Halter und eignet sich somit speziell für Schneidköpfe mit sehr kleinen Schäften. In bevorzugter Ausgestaltung grenzt an den Schneidenbereich in axialer Richtung ein Planbund an. Der Randbereich seiner dem Schneidenbereich abgewandten Stirnseite ist hierbei als Plananlage ausgestaltet. Aus dem Zentrum der Stirnseite des Planbunds stehen in axialer Richtung gesehen zunächst der zylinderförmige Gewindeträger mit dem Außengewinde und anschließend der Spannkegel hinaus.
Die axiale Länge des Außengewindes beträgt in bevorzugter Ausgestaltung maximal 50% der Kegellänge. Dies bedeutet, dass die axiale Länge des Gewindes kleiner oder gleich der Hälfte der axialen Länge des Spannkegels ist. Diese Ausgestaltung trägt ihrerseits wiederum zur Raumökonomie des Werkzeugs im Kupplungsbereich bei.
Besonders geeignet ist die Erfindung für einen gänzlich aus Hartmetall bestehenden Schneidkopf bzw. einen Schneidkopf mit einem aus Hartmetall bestehenden Schneidenbereich und einem aus Stahl bestehenden Kupplungsbereich. Auch eignet sich die Erfindung für Schneidköpfe mit aufgebrachten, vorzugsweise aufgelöteten Hartmetallschneiden.
Aufgrund der Funktionstrennung der Krafteinleitung durch die Gewinde im Kupplungsbereich einerseits und die Führung und Zentrierung des Schneidkopfs im Halter durch den Spannkegel und die Kegelanlagefläche andererseits ist es möglich, das Innengewinde und das Außengewinde für verschiedene Schneidkopftypen individuell anzupassen. In vorteilhafter Ausgestaltung für ein als Reibwerkzeug ausgebildetes Zerspanungswerkzeug mit Reibschneiden im Schneidenbereich sind sowohl das Außengewinde und das dazu komplementär ausgebildete Innengewinde jeweils als Feingewinde ausgebildet. Dieser Gewindetyp weist eine höhere Anzahl von Gewindegängen als ein Grobgewinde auf, so dass über dieselbe axiale Gewindelänge eine höhere Schraubkraft in die Schraubverbindung eingeleitet werden kann.
In Anpassung an ein als Fräswerkzeug ausgebildetes Zerspanungswerkzeug ist das Außengewinde und das dazu komplementär ausgebildete Innengewinde vorzugsweise als Grobgewinde ausgestaltet. Das Grobgewinde hat gegenüber dem Feingewinde nämlich den Vorteil, dass es beim Zerspanungsvorgang eine deutlich geringere Neigung aufweist, sich selbst zuzuziehen und damit die in der Verschraubung wirksamen Kräfte selbsttätig zu erhöhen.
Die Verwendung eines Grobgewindes hat den Vorteil, dass der Schneidkopf sehr viel schneller im Halter gespannt werden kann und ein zu festes Verspannen durch Zerspanungskräfte des Schneidkopfes im Halter vermieden wird. Die Verwendung eines Feingewindes ermöglicht eine sehr viel weichere und damit präzisere Einstellbarkeit der Verschraubung.
Mit anderen Worten ist es mit der Erfindung sehr gut möglich, die zwischen dem Schneidkopf und dem Halter wirksame Verschraubung optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall, also an den jeweiligen Zerspanungsprozess anzupassen bei gleichzeitiger Beibehaltung der Führung und Zentrierung durch den Zentrierkegel am Schneidkopf und die Kegelanlagefläche am Halter.
Beschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht des erfindungsmäßigen Schneidkopfs,
2 eine perspektivische Ansicht auf das dem Schneidkopf zugewandte Ende des Halters und
3 eine geschnittene Seitenansicht des in den Halter eingeschraubten Schneidkopfs.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Schneidkopf 1 besteht aus einem mehrere Schneiden 2 tragenden Schneidenbereich 3 und aus einem sich in Axialrichtung 4 an den Schneidenbereich 3 anschließenden Kupplungsbereich 5.
Der Kupplungsbereich 5 setzt sich seinerseits zusammen aus dem Planbund 6, dem zylindrischen Gewindeträger 7 und dem Spannkegel 9. Der Planbund 6 schließt sich dabei in Axialrichtung 4 an den Schneidenbereich 3 an. Aus der dem Schneidenbereich 3 in Axialrichtung 4 abgewandten Stirnseite des Planbundes 6 steht in Axialrichtung 4 der zylinderförmige Gewindeträger 7 hinaus. In den Außenmantel des Gewindeträgers 7 ist das Außengewinde 8 eingeformt. An den Gewindeträger 7 schließt sich in Axialrichtung 4 wiederum der Spannkegel 9 an. Der Außenrand der dem Schneidenbereich 3 abgewandten Stirnseite des Planbundes 6 bildet die Plananlage 10. Die Plananlage 10 umsäumt somit kranzartig den in Axialrichtung 4 aus der dem Schneidenbereich 3 abgewandten Stirnseite des Planbundes 6 hinausstehenden Gewindeträger 7.
Der Halter, dessen Endseite in 2 dargestellt ist, weist eine Aufnahmeöffnung 12 für den Kupplungsbereich 5 des Schneidkopfs 1 auf. Der Öffnungsrand der Aufnahmeöffnung 12 ist dabei als Gegenanlagefläche 13 für die Plananlage 10 im Montageendzustand ausgebildet. In Axialrichtung 4 schließt sich an die Gegenanlagefläche 13 das Innengewinde 14 des Halters 11 an. Das Innengewinde 14 ist jeweils komplementär zum Außengewinde 8 des in den jeweiligen Halter 11 einzuschraubenden Schneidkopfs 1 ausgebildet. An das Innengewinde 14 schließt sich im Halter 11 schließlich die hohlkegelförmige Kegelanlagefläche 15 an. Die Kegelanlagefläche 15 dient als Anlagefläche für den Spannkegel im Montageendzustand, der in 3 dargestellt ist. In 3 erkennbar sind der Halter 11 und der in den Halter 11 eingeschraubte Schneidkopf 1. In Axialrichtung 4 werden der Halter 11 und der Schneidkopf 1 von der Kühl-Schmiermittelbohrung 16 durchsetzt.
Im Montageendzustand ist das Außengewinde 8 in das Innengewinde 14 so weit eingeschraubt, dass der Planbund 6 des Schneidkopfs fest an der Gegenanlagefläche 13 des Halters anliegt. Das Außengewinde 8, das Innengewinde 14, die Plananlage 10 und die Gegenanlagefläche 13 leiten dabei die Verschraubungskraft in die zwischen dem Halter 11 und dem Schneidkopf 1 wirksame Verschraubung ein. Die Führung des Schneidkopfs 1 im Halter 11 während des Einschraubvorgangs und die Zentrierung des Schneidkopfs 1 gegenüber dem Halter 11 bewirkt hingegen der Spannkegel 9 gemeinsam mit der Kegelanlagefläche 15. Der Spannkegel 9 liegt hierfür in der ihn gleichsam umschließenden Kegelanlagefläche 15 eingebettet ein. Infolge der durch vorbeschriebene Verschraubung eingeleiteten Verschraubungskraft spreizt der Spannkegel 9 die Kegelanlagefläche 15 im Halter 11 so weit auf, dass der Schneidkopf 1 gegenüber dem Halter 11 in sämtliche Richtungen, also in Axialrichtung 4 und in der zur Axialrichtung 4 senkrecht verlaufenden Radialrichtung 17 zentriert ausgerichet ist.

Claims

Zerspanungswerkzeug mit einem Halter (11) und mit einem In den Halter (11) einschraubbaren Schneidkopf (1), umfassend einen Schneidenbereich (3) und einen Kupplungsbereich (5), wobei der Kupplungsbereich (5) am Schneidkopf (1) eine dem Halter (11) zugewandte Plananlage (10), einen Spannkegel (9) sowie einen zylinderförmigen Gewindeträger (7) mit einem Außengewinde (8) aufweist und der Halter (11) an seiner Stirnseite eine plane Gegenanlagefläche (13) für die Plananlage (10), eine hohlkegelförmige Kegelanlagefläche (15) sowie ein zylindrisches Innengewinde (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Plananlage (10) zunächst der Gewindeträger (7) und an diesen der Spannkegel (9) anschließt.
Werkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an den Schneidenbereich (3) angrenzenden Planbund (6) mit der Plananlage (10) auf seiner dem Schneidenbereich (3) abgewandten Stirnseite.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (8) eine axiale Länge aufweist, die maximal der halben axialen Länge des Spannkegels (9) entspricht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Schneidkopf (1) aus Hartmetall.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Schneidkopf (1) mit vorzugsweise aufgelöteten Hartmetallschneiden.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug als Reibwerkzeug mit Reibschneiden ausgebildet ist mit jeweils einem Feingewinde als Außengewinde (8) am Schneidkopf (1) und als Innengewinde (14) am Halter (11).
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug als Fräswerkzeug mit Frässchneiden ausgebildet ist mit jeweils einem Grobgewinde als Außengewinde (8) am Schneidkopf (1) und als Innengewinde (14) am Halter (11).