DE102014107745B4 - Verbindungsmechanismus für ein Schneidwerkzeug - Google Patents

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Abstract

Rotierendes Schneidwerkzeug (10), das Folgendes umfasst:einen Fräser (14) mit allgemein zylindrischer Form, welcher um eine zentrale Längsachse (A) angeordnet ist, wobei der Fräser (14) ein erstes Ende mit einem genuteten Wirkabschnitt (16) und ein gegenüberliegendes zweites Ende mit einem darum angeordneten Außengewindeabschnitt (22) aufweist; undeinen Schaft (12) mit allgemein zylindrischer Form, welcher um die zentrale Längsachse (A) angeordnet ist, wobei der Schaft (12) einen in einem ersten Ende ausgebildeten eingelassenen Innengewindeabschnitt (32) aufweist,wobei der Außengewindeabschnitt (22) eine Anzahl von Gewindegängen (22a) aufweist, die in einer ersten Teilung (P) angeordnet sind, und der Innengewindeabschnitt (32) eine Anzahl von Gewindegängen (32a) aufweist, die in einer zweiten Teilung (P), welche von der ersten Teilung (P) verschieden ist, angeordnet sind,wobei der Unterschied zwischen der ersten Teilung (P) und der zweiten Teilung (P) im Bereich von etwa 0,002 bis etwa 0,010 mm liegt,wobei der Fräser (14) eine axiale Anschlagschulter (30) und der Schaft (12) eine axiale Anschlagfläche (34) aufweist,wobei der Fräser (14) und der Schaft (12) im verbundenen Zustand über einen Gewindeeingriff des Außengewindeabschnitts (22) und des Innengewindeabschnitts (32) gezielt verbunden sind, und die axiale Anschlagschulter (30) des Fräsers (14) an der axialen Anschlagfläche (34) des Schafts (12) anliegt,wobei der Außengewindeabschnitt (22) einen zur axialen Anschlagschulter (30) nächstgelegenen Gewindegang (22a) aufweist, undwobei im verbundenen Zustand eine Belastungskonzentration am zur axialen Anschlagschulter (30) nächstgelegenen Gewindegang (22a) vermieden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbindungsmechanismus zur Verwendung mit rotierenden Schneidwerkzeugen und insbesondere auf rotierende Schneidwerkzeuge, welche einen solchen Verbindungsmechanismus aufweisen.
  • Bisher wurden Schaftfräser für spanabhebende Metallbearbeitungsmaschinen als eine einzelne Einheit produziert, welche einen genuteten Abschnitt und einen zylindrischen oder konischen Schaftabschnitt umfasst, der zur Montage an einer Maschinenspindel dimensioniert ist. Weltmarktpreise der modernen Werkzeuglegierungen zusammen mit kürzlich entwickelten, komplexen Oberflächenbehandlungen haben jedoch dazu geführt, dass solche Einzeleinheiten unwirtschaftlicher geworden sind, da das teure Schaftmaterial im Allgemeinen vergeudet wird. Es hat sich deshalb eingebürgert, einen separaten Fräser aus einer qualitativ hochwertigen Legierung oder gesintertem Karbid herzustellen, der dann am Ende eines wiederverwendbaren Stahlschafts konzentrisch angebracht wird.
  • Es ist äußerst wünschenswert, dass der Fräser bei Abnutzung einfach auswechselbar ist, während der Schaft in der Maschinenspindel verbleibt, so dass nach Auswechseln des Fräsers keine weiteren Einstellungen mehr notwendig sind. Bei solchen präzisen Fräsanwendungen besteht eine Hauptanforderung darin, dass jeder Auswechselfräser wiederholt und präzise auf die wahre Spindelrotationsachse zentriert sowie ordnungsgemäß axial positioniert werden kann.
  • Ein grundsätzliches Verfahren, welches derzeit zum Verbinden des Fräsers mitdem Schaft Verwendung findet, wird im US Patent US 5 114 286 A offenbart, welches ein Wechselschneidwerkzeugfluchtungs- und -positionierungssystem lehrt, welches einen ersten Werkzeugteil mit einem Steckverbinder und einen zweiten Werkzeugteil mit einem Buchsenverbinder umfasst. Der Steckverbinder umfasst eine Führung in der Form einer ersten zylindrischen Passfläche, ein konzentrisches, von der Führung beabstandetes Fluchtungselement in der Form einer zweiten zylindrischen Passfläche, ein Außengewinde, welches sich zwischen der Führung und dem konzentrischen Fluchtungselement erstreckt, und einen axialen Anschlag in der Form einer ebenen Oberfläche. Der Buchsenverbinder umfasst eine Führungsbohrung in der Form einer komplementären zylindrischen Passfläche, welche der zylindrischen Passfläche der Führung entspricht, eine konzentrische Bohrung in der Form einer komplementären zylindrischen Passfläche, welche der zylindrischen Passfläche des konzentrischen Fluchtungselements entspricht, ein Innengewinde, welches sich zwischen der Führungsbohrung und der konzentrischen Bohrung erstreckt, sowie einen axialen Anschlag in der Form einer komplementären ebenen Fläche.
  • Die Führung, das konzentrische Fluchtungselement, die Führungsbohrung und die konzentrische Bohrung, welche beschrieben worden sind, sind notwendig, weil das mit einem Gewinde versehene Verbindungselement allein für ein solches wiederholtes Auswechseln von Fräser nicht präzise genug ist.
  • Auch sind weitere Verbesserungen des oben erwähnten Grundgedankensbekannt. Beispielsweise offenbart das US-Patent US 6 485 220 B2 anstelle einer zylindrischen Fluchtung eine kegelstumpfförmige radiale Fluchtung sowie einenverstärkten Gewindekern, und das US-Patent US 7 329 073 B2 beschreibt benachbarte axiale und radiale Anschlagflächen.
  • Alle obenerwähnten Lösungen weisen nichtsdestotrotz den Nachteil von einschränkenden Anforderungen bei der Herstellung auf. Typische Herstelltoleranzen der zylindrischen Passflächen am Fräser und am Schaft, die bei auswechselbaren Fräser der Anforderung genügen, dass sie wiederholt in den gewünschten Bereich von Konzentrität und Achsposition fallen, betragen weniger als 5 Mikrometer. Solche engen Toleranzen erfordern einen zusätzlichen Schleifprozess.
  • Des Weiteren sind Fräser aus gesintertem Karbid von Natur aus sehr hart aber auch sehr spröde. Eine direkte Verbindung des harten Fräsers mit dem Stahlschaft führt zu Belastungen der Verbindungsstelle, an welcher die zwei verschiedenen Werkstoffe aufeinandertreffen. Genauer gesagt tritt bei Fällen, in denen ein Karbidfräser in einen Stahlschaft eingeschraubt wird, ein Versagen der Verbindungsstelle eher an bzw. nahe der Basis des Gewindeabschnitts des Karbidfräsers auf, was gemeinhin auch den Stahlschaft beschädigt und diesen für eine Weiterverwendung unbrauchbar macht.
  • Ferner sind unterschiedliche Verbindungsmechanismen, insbesondere zur Verwendung mit rotierenden Schneidwerkzeugen, aus der DE 10 2012 107 546 A1 , der US 2006/ 0 073 744 A1 , der US 2007/ 0 248 421A1 , der DE 601 16 746 T2 , der DE 38 27 711 A1 , der DE 870 344 B , der US 2006/ 0 072 977 A1 , der DE 39 12 503 A1 sowie der US 5 672 037 A bekannt.
  • Somit besteht bei Verbindungsmechanismen zur Verwendung mit rotierenden Schneidwerkzeugen sowie auch bei rotierenden Schneidwerkzeugen, die solche Verbindungsmechanismen aufweisen, ein Verbesserungspotential.
  • Als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein rotierendes Schneidwerkzeug bereitgestellt. Das rotierende Schneidwerkzeug umfasst einen Fräser mit allgemein zylindrischer Form, welcher um eine zentrale Längsachse angeordnet ist. Der Fräser weist ein erstes Ende mit einem genuteten Wirkabschnitt und ein gegenüberliegendes zweites Ende auf, wobei das zweite Ende einen darum angeordneten Außengewindeabschnitt aufweist. Das rotierende Schneidwerkzeug umfasst weiterhin einen Schaft mit allgemein zylindrischer Form, welcher um die zentrale Längsachse angeordnet ist, wobei der Schaft einen in einem ersten Ende ausgebildeten eingelassenen Innengewindeabschnitt aufweist. Der Außengewindeabschnitt weist eine Anzahl von Gewindegängen auf, die in einer ersten Steigung angeordnet sind, und der Innengewindeabschnitt weist eine Anzahl von Gewindegängen auf, die in einer zweiten Teilung, welche von der ersten Teilung verschieden ist, angeordnet sind. Der Unterschied zwischen der ersten Teilung und der zweiten Teilung liegt im Bereich von etwa 0,002 bis etwa 0,010 mm. Der Fräser weist ferner eine axiale Anschlagschulter und der Schaft eine axiale Anschlagfläche auf. Der Fräser und der Schaft sind im verbunden Zustand über einen Gewindeeingriff des Außengewindeabschnitts und des Innengewindeabschnitts gezielt verbunden, und die axiale Anschlagschulter des Fräsers liegt an der axialen Anschlagfläche des Schafts an. Der Außengewindeabschnitt weist einen zur axialen Anschlagschulter nächstgelegenen Gewindegang auf. Im verbundenen Zustand ist hierbei eine Belastungskonzentration am zur axialen Anschlagschulter nächstgelegenen Gewindegang vermieden.
  • Die erste Teilung kann kleiner sein als die zweite Teilung.
  • Die erste Teilung kann etwa 0,005 mm kleiner sein als die zweite Teilung.
  • Der Fräser kann aus einem Karbidwerkstoff gebildet sein, und der Schaft kann aus einem Werkzeugstahl gebildet sein.
  • Der Fräser kann eine nach außen weisende Umfangsfläche umfassen, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse erstreckt, die zwischen dem genuteten Wirkabschnitt und dem Außengewindeabschnitt angeordnet ist; der Schaft kann eine nach innen weisende Umfangsfläche umfassen, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse zwischen dem Innengewindeabschnitt und dem ersten Ende des Schafts erstreckt; und die nach außen weisende Umfangsfläche kann angrenzend an die nach innen weisende Umfangsfläche angeordnet sein und zu dieser hin weisen, wenn sich der Außengewindeabschnitt und der Innengewindeabschnitt im Gewindeeingriff befinden.
  • Die nach außen weisende Umfangsfläche kann allgemein die Form eines Kegelstumpfabschnitts aufweisen, welcher in einem ersten Winkel zur zentralen Längsachse angeordnet ist, und die nach innen weisende Umfangsfläche kann allgemein die Form eines Kegelstumpfabschnitts aufweisen, welcher in einem zweiten Winkel zur zentralen Längsachse angeordnet ist.
  • Der erste Winkel kann im Bereich von etwa 1° bis etwa 7° liegen.
  • Der zweite Winkel kann im Bereich von etwa 1° bis etwa 7° liegen.
  • Die nach außen weisende Umfangsfläche kann eine allgemein zylindrische Oberfläche sein, welche parallel zur zentralen Längsachse angeordnet ist, und die nach innen weisende Umfangsfläche kann eine allgemein zylindrische Oberfläche sein, welche parallel zur zentralen Längsachse angeordnet ist.
  • Der Fräser kann eine nach außen weisende Umfangsfläche umfassen, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse erstreckt, welche angrenzend an den Außengewindeabschnitt und dem genuteten Wirkabschnitt gegenüberliegend angeordnet ist; der Schaft kann eine nach innen weisende Umfangsfläche umfassen, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse erstreckt, welche an den dem ersten Schaftende gegenüberliegenden Innengewindeabschnitt angrenzt; und die nach außen weisende Umfangsfläche kann angrenzend an die nach innen weisende Umfangsfläche angeordnet sein und zu dieser hin weisen, wenn sich der Außengewindeabschnitt und der Innengewindeabschnitt im Gewindeeingriff befinden.
  • Die nach außen weisende Umfangsfläche kann in einem Winkel im Bereich von 0° bis etwa 6° zur zentralen Längsachse angeordnet sein.
  • Die nach innen weisende Umfangsfläche kann im Bereich von 0° bis 2° des Winkels der nach außen weisenden Umfangsfläche angeordnet sein.
  • Der Fräser kann eine erste nach außen weisende Umfangsfläche umfassen, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse erstreckt, die zwischen dem genuteten Wirkabschnitt und dem Außengewindeabschnitt angeordnet ist, und eine zweite nach außen weisende Umfangsfläche, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse erstreckt, die an den Außengewindeabschnitt angrenzt und dem genuteten Wirkabschnitt gegenüberliegt; der Schaft kann eine erste nach innen weisende Umfangsfläche umfassen, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse zwischen dem Innengewindeabschnitt und dem ersten Schaftende erstreckt, und eine zweite nach innen weisende Umfangsfläche, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse erstreckt, die an den dem ersten Schaftende gegenüberliegenden Innengewindeabschnitt angrenzt; die erste nach außen weisende Umfangsfläche kann angrenzend an die erste nach innen weisende Umfangsfläche angeordnet sein und zu dieser hin weisen, wenn sich der Außengewindeabschnitt und der Innengewindeabschnitt im Gewindeeingriff befinden; und die zweite nach außen weisende Umfangsfläche kann angrenzend an die zweite nach innen weisende Umfangsfläche angeordnet sein und zu dieser hin weisen, wenn sich der Außengewindeabschnitt und der Innengewindeabschnitte im Gewindeeingriff befinden.
  • Als weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein rotierendes Schneidwerkzeug bereitgestellt. Das rotierende Schneidwerkzeug umfasst Folgendes: einen Fräser mit allgemein zylindrischer Form, welcher um eine zentrale Längsachse angeordnet ist, wobei der Fräser ein erste Ende mit einem genuteten Wirkabschnitt und ein gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, wobei das zweite Ende einen darum angeordneten Außengewindeabschnitt aufweist; und einen Schaft mit allgemein zylindrischer Form, welcher um die zentrale Längsachse angeordnet ist, wobei der Schaft einen in einem ersten Ende ausgebildeten eingelassenen Innengewindeabschnitt aufweist. Der Außengewindeabschnitt weist eine Anzahl von Gewindegängen auf, die in einer ersten Teilung und in einem ersten Kegelwinkel angeordnet sind; der Innengewindeabschnitt weist eine Anzahl von Gewindegängen auf, die in einer zweiten Teilung und in einem zweiten Kegelwinkel, welcher vom ersten Kegelwinkel verschieden ist, angeordnet sind. Die zweite Teilung ist von der ersten Teilung verschieden, wobei der Unterschied zwischen der ersten Teilung und der zweiten Teilung im Bereich von etwa 0,002 bis etwa 0,010 mm liegt. Der Fräser weist ferner eine axiale Anschlagschulter und der Schaft eine axiale Anschlagfläche auf. Der Fräser und der Schaft sind im verbundenen Zustand über einen Gewindeeingriff des Außengewindeabschnitts und des Innengewindeabschnitts gezielt verbunden, und die axiale Anschlagschulter des Fräsers liegt an der axialen Anschlagfläche des Schafts an. Der Außengewindeabschnitt weist einen zur axialen Anschlagschulter nächstgelegenen Gewindegang auf. Im verbundenen Zustand ist hierbei eine Belastungskonzentration am zur axialen Anschlagschulter nächstgelegenen Gewindegang vermieden.
  • Der erste Kegelwinkel kann kleiner sein als der zweite Kegelwinkel.
  • Die erste Teilung kann kleiner sein als die zweite Teilung.
  • Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden nun zum besseren Verständnis zusammen mit nicht einschränkenden Ausführungsformen mit Bezug auf die folgenden darstellenden Figuren beschrieben.
  • Mit spezifischem Bezug auf die Figuren im Einzelnen wird nun betont, dass die gezeigten Einzelheiten beispielhaft sind und lediglich der darstellerischen Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen und zum Zwecke der Bereitstellung der wohl zweckmäßigsten und am leichtesten verständlichen Beschreibung der Grundlagen und grundgedanklichen Aspekte der Erfindung vorgelegt werden. In dieser Hinsicht wird nicht versucht, konstruktive Einzelheiten der Erfindung detaillierter zu zeigen, als dies für ein grundlegendes Verständnis der Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen einem Fachmann die praktische Umsetzung der verschiedenen Formen der Erfindung ersichtlich machen soll.
    • 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines modularen rotierenden Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 1B zeigt eine Seitenansicht des modularen Schneidwerkzeugs der 1, wobei der Schaftabschnitt im Querschnitt gezeigt wird.
    • 2 zeigt eine isometrische Explosionsansicht des modularen Schneidwerkzeugs der 1.
    • 3 zeigt eine seitliche Explosionsansicht des modularen Schneidwerkzeugs der 1, wobei der Schaftabschnitt zur Darstellung von Einzelheiten im Inneren im Querschnitt gezeigt wird.
    • 4 zeigt eine detaillierte Seitenansicht des Fräserabschnitts des rotierenden Schneidwerkzeugs der 1.
    • 5 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht eines Abschnitts des Schaftabschnitts des rotierenden Schneidwerkzeugs der 1.
    • 6 zeigt eine Seitenansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform eines Verbindungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung, die zur Darstellung von Einzelheiten im Inneren teilweise im Querschnitt gezeigt wird.
    • 7 zeigt eine seitliche Explosionsansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform eines modularen Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Schaftabschnitt zur Darstellung von Einzelheiten im Inneren im Querschnitt gezeigt wird.
  • In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Anzahl“ auf jede Menge ungleich null (d. h. eine oder jede Menge größer als eins).
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „gezielt verbunden“ darauf, dass zwei oder mehr Komponenten derart miteinander verbunden oder zusammengefügt werden, dass sie ohne Beschädigung der jeweiligen Komponenten voneinander gezielt getrennt (d. h. gelöst) werden können.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Teilung“ auf die Distanz, welche parallel zu einer zentralen Achse eines Gewindeelements zwischen entsprechenden Punkten auf aneinander angrenzenden Gewindeausbildungen in der gleichen axialen Ebene und auf der gleichen Seite der Achse gemessen wird.
  • 1-5 zeigen ein modulares Schneidwerkzeug 10 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, welches um eine zentrale Längsachse A angeordnet ist. Das Schneidwerkzeug 10 weist einen wiederverwendbaren Schaft 12 und einen auswechselbaren Fräser 14 auf, die durch einen Verbindungsmechanismus (ohne Bezugszahl), welcher aus zusammenwirkenden Abschnitten jeweils des Schafts 12 und des Fräsers 14, welche im Einzelnen unten erläutert werden, gebildet wird, gezielt verbunden sind. In der in 1-5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform handelt es sich beim Fräser 14 um einen aus einem Karbidwerkstoff gebildeten Schaftfräser; es versteht sich jedoch, dass ein anderes rotierendes Schneidwerkzeug, nicht einschränkend beispielweise ein Planfräser, Fräser mit runder Spitze, Langlochfräser oder jede andere auswechselbare Spitze zum Fräsen oder für andere spanhabhebende Metallbearbeitungsprozesse, aus Karbid oder einem anderen geeigneten Werkstoff oder anderen geeigneten Werkstoffen eingesetzt werden kann, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Schaft 12 kann aus Stahl, Karbid oder einem anderen geeigneten Werkstoff gebildet werden, der in einer allgemein zylindrischen Form mit einem leicht abgestuften Abschnitt ausgestaltet wird; es versteht sich jedoch, dass andere Querschnitte, Formen und Werkstoffe eingesetzt werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es versteht sich ebenso, dass der Schaft 12, wie in der in 1-5 dargestellten Ausführungsform, als allgemein massives Element ausgestaltet sein kann oder einen oder mehrere innere Kanäle aufweisen kann, durch welche dem Fräser 14 ein Kühlmittel- bzw. Schmiermittelstrom zugeführt werden kann.
  • Weiterhin mit Bezug auf 1 kann der sichtbare Abschnitt des Fräsers 14 (wenn dieser im Schaft 12 angebracht ist) einen genuteten Wirkabschnitt 16 aufweisen, welcher zum Ausführen von Schneidvorgängen an einem (nicht gezeigten) Werkstück strukturiert ist und an den sich ein kurzer zylindrischer Abschnitt 18 anschließt. Der zylindrische Abschnitt 18 ist vorzugsweise mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden parallelen darin darauf ausgebildeten Abflachungen 20 ausgestattet (von denen in 1 nur eine sichtbar ist), an denen ein gewöhnlicher (nicht gezeigter) Schraubenschlüssel angreifen kann, um, wie weiter unten erläutert, den Fräser 14 am Schaft 12 anzubringen oder davon zu entfernen.
  • Die Explosionsansichten von 2 und 3 sowie die Detailansichten von 4 und 5 zeigen Einzelheiten der Abschnitte des Schafts 12 und des Fräsers 14, welche den Verbindungsmechanismus zwischen dem Fräser 14 und dem Schaft 12 bilden. Insbesondere weist der Verbindungsmechanismus als Teil des Fräsers 14 Folgendes auf: einen nach außen abstehenden Außengewindeabschnitt 22, welcher sich gegenüber dem genuteten Wirkabschnitt 16 erstreckt; einen radialen Fluchtungsabschnitt 28 , welcher konzentrisch zur Längsachse A angeordnet ist und sich zwischen dem kurzen zylindrischen Abschnitt 18 und dem Gewindeabschnitt 22 erstreckt; und eine flache axiale Anschlagschulter 30, welche den radialen Spalt zwischen dem radialen Fluchtungselement 28 mit kleinerem Durchmesser und dem kurzen zylindrischen Abschnitt 18 mit größerem Durchmesser überbrückt. Wie in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform gezeigt, kann die Schulter 30 senkrecht zur Längsachse A angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann die Schulter 30 geringfügig schräg (um bis zu +/-3°) zu einer senkrecht zur Längsachse A eingezeichneten Referenzlinie liegen.
  • Der Verbindungsmechanismus weist als Teil des Schafts 12 auch Folgendes auf: eine allgemein glatte Fluchtungsbohrung 24, welche konzentrisch zur Längsachse A angeordnet ist, eine Bohrung 32 mit Innengewinde, welche sich von der Fluchtungsbohrung 24 aus erstreckt, und eine axiale Anschlagfläche 34, welche senkrecht zur Längsachse A an einem Ende des Schafts 12 angrenzend an die Fluchtungsbohrung 24 angeordnet ist.
  • Bezugnehmend auf die in 4 gezeigte Detailansicht des Fräsers 14 ist der radiale Fluchtungsabschnitt 28 allgemein als Kegelstumpfabschnitt ausgebildet und weist eine nach außen weisende Umfangsfläche 29 auf, welche in einem Winkel δ1 zur Längsachse A angeordnet ist. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt der Winkel δ1 allgemein im Bereich von etwa 1° bis etwa 7°. Alternativ dazu kann der radiale Fluchtungsabschnitt 28 allgemein zylindrischer Form sein (d. h. δ1 = 0 Grad). Im Allgemeinen hat sich erwiesen, dass ein Kegelstumpf vorzuziehen wäre, wenn der Fräser 14 mit Stahlschäften verbunden ist, während sich herausgestellt hat, dass eine zylindrische Form vorzuziehen wäre, wenn der Fräser 14 mit Karbidschäften verbunden ist.
  • Bezugnehmend auf die in 5 gezeigte detaillierte Querschnittsansicht eines Endabschnitts des Schafts 12 ist die Fluchtungsbohrung 24 in einer dem Fluchtungsabschnitt 28 allgemein entsprechenden Form ausgebildet. Der Durchmesser des Fluchtungsabschnitts 28 kann im Allgemeinen geringfügig größer als (für Stahlschäfte bevorzugt) oder gleich groß sein wie (für Karbidschäfte bevorzugt) der Durchmesser der Fluchtungsbohrung 24.
  • Da die Fluchtungsbohrung 24 in einer dem Fluchtungsabschnitt 28 allgemein entsprechenden Form ausgebildet ist, ist in der dargestellten Ausführungsform die Fluchtungsbohrung 24 auch allgemein als Kegelstumpfabschnitt ausgebildet und weist eine nach innen weisende Umfangsfläche 25 auf, welche in einem Winkel δ2 zur Längsachse A angeordnet ist. Da die nach innen weisende Umfangsfläche 25 des Schafts 12 mit der nach außen weisenden Umfangsfläche 29 des Fräsers 14 allgemein zusammenwirkt, liegt in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Winkel δ2 je nach dem Winkel δ1 der nach außen weisenden Umfangsfläche 29 allgemein im Bereich von etwa 0° bis etwa 7°.
  • Bezugnehmend auf 4 und 5 weist der Gewindeabschnitt 22 des Fräsers 14 eine Anzahl von Gewindegängen 22a auf, vorzugsweise mindestens 4 (obwohl andere Anzahlen eingesetzt werden können), welche in einer ersten Teilung P1 um die Längsachse A angeordnet sind, und die Gewindebohrung 32 weist mindestens eine entsprechende Anzahl von Innengewindegängen 32a auf, welche in einer zweiten Teilung P2 , welche von P1 verschieden ist, um die Längsachse A angeordnet sind. In der in 1-5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Teilung P2 um etwa 0,005 mm größer als die erste Teilung P1 . Durch Verwendung einer größeren Teilung P2 in der Gewindebohrung 34 des Schafts 12 und somit einer kleineren Teilung P1 im Fräser 14 wird die sich ergebende Belastung des Gewindeabschnitts 22 des Fräsers 14, wenn dieser mit dem Schaft 12 verbunden ist, im Vergleich zu einer Ausführungsform, in der zusammenwirkende Gewindegänge mit allgemein gleicher Teilung verwendet werden, gleichmäßiger auf die Gewindegänge 22a verteilt. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gewindesteigungen im Bereich von etwa 0,002 - 0,010 mm zwischen den jeweiligen Gewindegängen des Schafts 12 und des Fräsers 14 eingesetzt worden. Gegenüber den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung konzentriert sich in Fällen, in denen zusammenwirkende Gewinde mit allgemein gleicher Teilung verwendet werden, die Belastung aufgrund der allgemeinen Unelastizität des Karbid- bzw. Stahlfräsers 14 allgemein an dem Gewindegang, welcher der axialen Anschlagschulter 30 nächstgelegen ist. Durch die gleichmäßigere Verteilung der Belastung auf die Gewindegänge 22a des Gewindeabschnitts 22 lassen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung höhere Belastungen zu, die auf die Verbindung wirken, bevor diese versagt.
  • Der Zusammenbau der modularen Schneidwerkzeuganordnung 10 erfolgt durch Eingriff des Gewindeabschnitts 22 des Fräsers 14 in die Gewindebohrung 32 des Schafts 12 und durch nachfolgendes Drehen des Fräsers 14 und/oder des Schafts 12, bis der radiale Fluchtungsabschnitt 28 des Fräsers 14 in der Fluchtungsbohrung 24 des Schafts 12 zu liegen kommt und die axiale Anschlagschulter 30 des Fräsers 14 an die axiale Anschlagfläche 34 des Schafts 12 anstößt. Die axiale Position des Fräsers 14 in Bezug auf den Schaft 12 wird von der direkten Berührung der Anschlagschulter 30 des Fräsers 14 mit der axialen Anschlagfläche 34 des Schafts 12 abgeleitet. Sobald die Anschlagschulter 30 und die Anschlagfläche 34 im Eingriff sind, wird die Verbindung, um ein Verspannen des Fräsers 14 zu vermeiden, vorzugsweise unter Verwendung eines Drehmomentschlüssels bis zu einem bestimmten Anzugsmoment weiter festgezogen.
  • 6 zeigt eine Detailansicht einer anderen Ausführungsform eines Verbindungsmechanismus zwischen einem Schaft 12' (im Querschnitt gezeigt) und einem Fräser 14' eines modularen Schneidwerkzeugs 10'. Das Schneidwerkzeug 10' kann ein dem zuvor beschriebenen Schneidwerkzeug 10 ähnliches äußeres Erscheinungsbild aufweisen, und der Fräser 14' und der Schaft 12' wirken in ähnlicher Weise zusammen wie der Fräser 14 und der Schaft 12, außer dass angrenzend an den Gewindeabschnitt 22 gegenüber dem radialen Fluchtungsabschnitt 28 ein zweiter radialer Fluchtungsabschnitt 40 angeordnet ist. Wenn der Fräser 14', wie in 6 gezeigt, mit dem Schaft 12' verbunden ist, greift die nach außen weisende Umfangsfläche (ohne Bezugszahl) des zweiten radialen Fluchtungsabschnitts 40 in die nach innen weisende Umfangsfläche (ohne Bezugszahl) einer zweiten Fluchtungsbohrung 42 ein, welche angrenzend an die Gewindebohrung 32 gegenüber der ersten Fluchtungsbohrung 24 im Schaft 12' ausgebildet ist. In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist der radiale Fluchtungsabschnitt 40 einen allgemein ähnlichen bzw. geringfügig kleineren Durchmesser als der Durchmesser der zweiten Fluchtungsbohrung 42 auf. Auch kann die Oberfläche (ohne Bezugszahl) des zweiten radialen Fluchtungsabschnitts 40 in einem Winkel im Bereich von 0° bis etwa 6° in Bezug auf die zentrale Längsachse angeordnet sein, während die Oberfläche (ohne Bezugszahl) der zweiten Fluchtungsbohrung 42 im gleichen Winkel bzw. in einem Winkel im Bereich von 1°-2° des Winkels der Oberfläche des zweiten Fluchtungsabschnitts 40 angeordnet sein. Obschon zusätzlich zum radialen Fluchtungsabschnitt 28 mit einem zweiten radialen Fluchtungsabschnitt 40 gezeigt, versteht es sich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich einen zweiten radialen Fluchtungsabschnitt 40 ohne einen radialen Fluchtungsabschnitt 28 aufweisen können.
  • 7 zeigt eine seitliche Explosionsansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform eines modularen Schneidwerkzeugs 50 gemäß der vorliegenden Erfindung, welches einen Schaft 52 und einen Fräser 54 aufweist, die über einen anderen Verbindungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Der Schaft 52 und der Fräser 54 können von ähnlicher Ausführung wie die zuvor beschriebenen Schäfte 12, 12' sowie Fräser 14, 14' sein und jeweils eine Innengewindebohrung 58 (mit den Innengewindegängen 58a, 58b) und einen Außengewindeabschnitt 60 (mit den Außengewindegängen 60a, 60b) aufweisen. Im Gegensatz zu den zuvor erläuterten Ausführungsformen, in denen zur gleichmäßigeren Verteilung der Belastung in den Gewindegängen verschiedene Steigungen an den Außen- bzw. Innengewindeabschnitten verwendet wurden, wenn die zwei Komponenten über die Gewinde fest miteinander verbunden waren, erzielt die in 7 dargestellte Ausführungsform durch gegenseitiges Ausrichten des Außen- und Innengewindeabschnitts in unterschiedlichen Winkeln ein ähnliches Ergebnis. Beispielsweise sind in der in 7 dargestellten Ausführungsform die Gewindegänge 60a, 60b des Außengewindeabschnitts 60 in einem ersten Kegelwinkel αC (gemessen in Bezug auf eine parallel zur zentralen Längsachse A angeordnete Referenzlinie) angeordnet, während die Gewindegänge 58a, 58b der Innengewindebohrung 58 in einem zweiten Kegelwinkel αS (gemessen in Bezug auf eine parallel zur zentralen Längsachse A angeordnete Referenzlinie) angeordnet sind. Insbesondere wird durch das Anordnen der Innengewindegänge 58a, 58b in einem zweiten Kegelwinkel as, der größer ist als der erste Kegelwinkel αC der Außengewindegänge 60a, 60b, eine räumliche Korrelation zwischen dem Außen- und Innengewindeabschnitt 58, 60 hergestellt, die der durch Verwendung verschiedener Gewindesteigungen, wie zuvor besprochen, hergestellten ähnelt, auch wenn die Gewindesteigungen PS und PC gleich sind. Es versteht sich, dass eine solche Ausführungsform auch mit unterschiedlichen Gewindesteigungen PS und PC als Alternative zu einer Verwendung mit Abschnitten gleicher Teilung verwendet werden könnte.
  • Obwohl der Schaft in den hier beschriebenen bestimmten Ausführungsformen mit einer Gewindebohrung zum Eingriff durch ein komplementäres Außengewinde auf dem Fräser versehen ist, besteht auch die Möglichkeit der umgekehrten Ausführung, bei der der Schaft mit einem abstehenden Außengewindeabschnitt versehen ist und der Fräser mit einer Innengewindebohrung versehen ist.
  • Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der vorstehend dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist und dass die vorliegende Erfindung in anderen bestimmten Formen ausgeführt werden kann, ohne von dem Wesen oder den wesentlichen Attributen der Erfindung abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen der Erfindung sind deshalb in allen Belangen als darstellend und nicht als einschränkend zu betrachten, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung aufgezeigt wird und wobei alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und im Äquivalenzbereich der Ansprüche liegen, als darin eingeschlossen zu betrachten sind.

Claims (16)

  1. Rotierendes Schneidwerkzeug (10), das Folgendes umfasst: einen Fräser (14) mit allgemein zylindrischer Form, welcher um eine zentrale Längsachse (A) angeordnet ist, wobei der Fräser (14) ein erstes Ende mit einem genuteten Wirkabschnitt (16) und ein gegenüberliegendes zweites Ende mit einem darum angeordneten Außengewindeabschnitt (22) aufweist; und einen Schaft (12) mit allgemein zylindrischer Form, welcher um die zentrale Längsachse (A) angeordnet ist, wobei der Schaft (12) einen in einem ersten Ende ausgebildeten eingelassenen Innengewindeabschnitt (32) aufweist, wobei der Außengewindeabschnitt (22) eine Anzahl von Gewindegängen (22a) aufweist, die in einer ersten Teilung (P1) angeordnet sind, und der Innengewindeabschnitt (32) eine Anzahl von Gewindegängen (32a) aufweist, die in einer zweiten Teilung (P2), welche von der ersten Teilung (P1) verschieden ist, angeordnet sind, wobei der Unterschied zwischen der ersten Teilung (P1) und der zweiten Teilung (P2) im Bereich von etwa 0,002 bis etwa 0,010 mm liegt, wobei der Fräser (14) eine axiale Anschlagschulter (30) und der Schaft (12) eine axiale Anschlagfläche (34) aufweist, wobei der Fräser (14) und der Schaft (12) im verbundenen Zustand über einen Gewindeeingriff des Außengewindeabschnitts (22) und des Innengewindeabschnitts (32) gezielt verbunden sind, und die axiale Anschlagschulter (30) des Fräsers (14) an der axialen Anschlagfläche (34) des Schafts (12) anliegt, wobei der Außengewindeabschnitt (22) einen zur axialen Anschlagschulter (30) nächstgelegenen Gewindegang (22a) aufweist, und wobei im verbundenen Zustand eine Belastungskonzentration am zur axialen Anschlagschulter (30) nächstgelegenen Gewindegang (22a) vermieden ist.
  2. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die erste Teilung (P1) kleiner ist als die zweite Teilung (P2).
  3. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, wobei die erste Teilung (P1) etwa 0,005 mm kleiner ist als die zweite Teilung (P2).
  4. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der Fräser (14) aus einem Karbidwerkstoff gebildet ist und der Schaft (12) aus einem Werkzeugstahl gebildet ist.
  5. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei: der Fräser (14) eine nach außen weisende Umfangsfläche (29) umfasst, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) erstreckt, die zwischen dem genuteten Wirkabschnitt (16) und dem Außengewindeabschnitt (22) angeordnet ist; der Schaft (12) eine nach innen weisende Umfangsfläche (25) umfasst, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) zwischen dem Innengewindeabschnitt (32) und dem ersten Ende des Schaft (12) erstreckt; und die nach außen weisende Umfangsfläche (29) angrenzend an die nach innen weisende Umfangsfläche (25) angeordnet ist und zu dieser hin weist, wenn sich der Außengewindeabschnitt (22) und der Innengewindeabschnitt (32) im Gewindeeingriff befinden.
  6. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, wobei die nach außen weisende Umfangsfläche (29) allgemein die Form eines Kegelstumpfabschnitts aufweist, welcher in einem ersten Winkel (δ1) zur zentralen Längsachse (A) angeordnet ist, und wobei die nach innen weisende Umfangsfläche (25) allgemein die Form eines Kegelstumpfabschnitts aufweist, welcher in einem zweiten Winkel (δ2) zur zentralen Längsachse (A) angeordnet ist.
  7. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 6, wobei der erste Winkel (δ1) im Bereich von etwa 1° bis etwa 7° liegt.
  8. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, wobei der zweite Winkel (δ2) im Bereich von etwa 1° bis etwa 7° liegt.
  9. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, wobei die nach außen weisende Umfangsfläche (29) eine allgemein zylindrische Oberfläche ist, welche parallel zur zentralen Längsachse (A) angeordnet ist, und wobei die nach innen weisende Umfangsfläche (25) eine allgemein zylindrische Oberfläche ist, welche parallel zur zentralen Längsachse (A) angeordnet ist.
  10. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei: der Fräser (14) eine nach außen weisende Umfangsfläche (29) umfasst, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) erstreckt, welche angrenzend an den Außengewindeabschnitt (22) und dem genuteten Wirkabschnitt (16) gegenüberliegend angeordnet ist; der Schaft (12) eine nach innen weisende Umfangsfläche (25) umfasst, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) erstreckt, welche an den dem ersten Schaftende gegenüberliegenden Innengewindeabschnitt (32) angrenzt; und die nach außen weisende Umfangsfläche (29) angrenzend an die nach innen weisende Umfangsfläche (25) angeordnet ist und zu ihr hin weist, wenn sich der Außengewindeabschnitt (22) und der Innengewindeabschnitt (32) im Gewindeeingriff befinden.
  11. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, wobei die nach außen weisende Umfangsfläche (29) in einem Winkel (δ1) im Bereich 0° bis etwa 6° zur zentralen Längsachse (A) angeordnet ist.
  12. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 11, wobei die nach innen weisende Umfangsfläche (25) im Bereich von 0° bis 2° des Winkels (δ1) der nach außen weisenden Umfangsfläche (29) angeordnet ist.
  13. Rotierendes Schneidwerkzeug (10') nach Anspruch 1, wobei: der Fräser (14') eine erste nach außen weisende Umfangsfläche (29) umfasst, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) erstreckt, die zwischen dem genuteten Wirkabschnitt (16) und dem Außengewindeabschnitt (22) angeordnet ist, und eine zweite nach außen weisende Umfangsfläche (40), welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) erstreckt, die an den Außengewindeabschnitt (22) angrenzt und dem genuteten Wirkabschnitt (16) gegenüberliegt; der Schaft (12') eine erste nach innen weisende Umfangsfläche (25) umfasst, welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) zwischen dem Innengewindeabschnitt (32) und dem ersten Schaftende erstreckt, und eine zweite nach innen weisende Umfangsfläche (42), welche sich über eine Distanz entlang der zentralen Längsachse (A) erstreckt, die an den dem ersten Schaftende gegenüberliegenden Innengewindeabschnitt (32) angrenzt; die erste nach außen weisende Umfangsfläche (29) angrenzend an die erste nach innen weisende Umfangsfläche (25) angeordnet ist und zu dieser hin weist, wenn sich der Außengewindeabschnitt (22) und der Innengewindeabschnitt (32) im Gewindeeingriff befinden; und die zweite nach außen weisende Umfangsfläche (40) angrenzend an die zweite nach innen weisende Umfangsfläche (42) angeordnet ist und zu dieser hin weist, wenn sich der Außengewindeabschnitt (22) und der Innengewindeabschnitt (32) im Gewindeeingriff befinden.
  14. Rotierendes Schneidwerkzeug (50), welches Folgendes umfasst: einen Fräser (54) mit allgemein zylindrischer Form, welcher um eine zentrale Längsachse (A) angeordnet ist, wobei der Fräser (54) ein erstes Ende mit einem genuteten Wirkabschnitt und ein gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, wobei das zweite Ende einen darum angeordneten Außengewindeabschnitt (60) aufweist; und einen Schaft (52) mit allgemein zylindrischer Form, welcher um die eine zentrale Längsachse (A) angeordnet ist, wobei der Schaft (52) einen in einem ersten Ende ausgebildeten eingelassenen Innengewindeabschnitt (58) aufweist, wobei der Außengewindeabschnitt (60) eine Anzahl von Gewindegängen (60a, 60b) aufweist, die in einer ersten Teilung (Pc) und in einem ersten Kegelwinkel (ac) angeordnet sind, wobei der Innengewindeabschnitt (58) eine Anzahl von Gewindegängen (58a, 58b) aufweist, die ein einer zweiten Teilung (PS) und in einem zweiten Kegelwinkel (αS), welcher vom ersten Kegelwinkel (αC) verschieden ist, angeordnet sind, wobei die zweite Teilung (PS) von der ersten Teilung (Pc) verschieden ist, wobei der Unterschied zwischen der ersten Teilung (Pc) und der zweiten Teilung (PS) im Bereich von etwa 0,002 bis etwa 0,010 mm liegt, wobei der Fräser (54) eine axiale Anschlagschulter und der Schaft (52) eine axiale Anschlagfläche aufweist, wobei der Fräser (54) und der Schaft (52) im verbundenen Zustand über einen Gewindeengriff des Außengewindeabschnitts (60) und des Innengewindeabschnitts (58) gezielt verbunden sind, und die axiale Anschlagschulter des Fräsers (54) an der axialen Anschlagfläche des Schafts (52) anliegt, wobei der Außengewindeabschnitt (60) einen zur axialen Anschlagschulter nächstgelegenen Gewindegang aufweist, und wobei im verbundenen Zustand eine Belastungskonzentration am zur axialen Anschlagschulter (30) nächstgelegenen Gewindegang vermieden ist.
  15. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 14, wobei der erste Kegelwinkel (ac) kleiner ist als der zweite Kegelwinkel (as).
  16. Rotierendes Schneidwerkzeug nach Anspruch 14, wobei die erste Teilung (Pc) kleiner ist als die zweite Teilung (PS).
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