DE102015102059A1

DE102015102059A1 - Prismatische und zylindrische schneideinsätze

Info

Publication number: DE102015102059A1
Application number: DE102015102059.9A
Authority: DE
Inventors: X. Daniel Fang
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: US9381583B2; US20160279719A1; US9796028B2; DE102015102059B4; US20150224586A1; CN104874845A

Abstract

Ein prismatischer und zylindrischer Schneideinsatz zum Umfangsdrehfräsen an langen Seiten weist mehrere indizierbare Schneidkanten auf, deren Anzahl je nach der jeweiligen Fräsanwendung von vier bis sechs oder sogar mehr beträgt. Jede Schneidkante eines prismatischen oder zylindrischen Schneideinsatzes stellt eine positive Schneidgeometrie bereit und entspricht einer indizierbaren Schneidkante eines herkömmlichen einseitigen parallelogrammförmigen Schneideinsatzes mit zwei indizierbaren Schneidkanten (der oftmals als Einsatztyp A bezeichnet wird). Der prismatische und zylindrische Schneideinsatz (einschließlich des kegelförmigen bzw. konischen Schneideinsatzes) kann zur Bearbeitung einer großen Vielfalt von Materialien verwendet werden, einschließlich schwierig zu bearbeitender Materialien, Grauguss und -legierungen, Aluminium und -legierungen, Kohlenstoffstähle und faserverstärkter Verbundwerkstoffe.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft indizierbare Schneideinsätze und Werkzeughalter für parallelogrammförmige Schneideinsätze mit positiver Schneidgeometrie. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind Schneideinsätze gemäß der vorliegenden Offenbarung besonders nützlich beim Umfangsdrehfräsen zur Bearbeitung schwierig zu bearbeitender Materialien. Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform sind Schneideinsätze gemäß dieser Ausführungsform einzigartig nützlich beim Umfangsdrehfräsen, bei dem segmentierte Späne entstehen, zum Beispiel beim Bearbeiten von Grauguss und Legierungen, von Stählen mit mittlerem bis hohem Kohlenstoffanteil und von faserverstärkten Verbundwerkstoffen.
Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, dass Schneideinsätze beim Umfangsdrehfräsen unter einer begrenzten Lebensdauer leiden, insbesondere beim Bearbeiten schwierig zu bearbeitender Werkstoffe, zu denen beispielsweise Sondermetalle wie Titan und Titanlegierungen, Nickel und Nickellegierungen, Superlegierungen, bestimmte exotische Metalle und faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe gehören. Schneideinsätze, die eine positive Schneidgeometrie an der axialen Schneidfläche und an der radialen Schneidfläche aufweisen, werden allgemein bei Fräsarbeiten eingesetzt, bei denen ein Werkzeughalter für Umfangsdrehfräswerkzeuge mit einer Indizierfunktion verwendet wird. Die positive Schneidgeometrie der Schneideinsätze verringert die Schneidkräfte und führt zu einem effizienteren Fräsvorgang. Ein einseitiger parallelogrammförmiger Schneideinsatz (der oftmals als Einsatzform A bezeichnet wird) weist beim Blick von einem Punkt oberhalb der oberen Fläche des Einsatzes ein weitgehend parallelogrammförmiges Profil mit zwei langen Seiten, die zwei Hauptschneidkanten bilden, und zwei kurzen Seiten auf, die zwei Nebenschneidkanten bilden. Diese Arten von Schneideinsätzen ermöglichen aufgrund ihrer positiven Schneidkanten eine effizientere Bearbeitung, da wegen der längeren Parallelogrammschneidkanten eine größere Schnitttiefe möglich ist.
Immer häufiger werden doppelseitige Schneideinsätze verwendet, einfach, weil die verdoppelte Anzahl verfügbarer Schneidkanten zur Kostensenkung sowohl für die Endanwender von Schneidwerkzeugen als auch die Hersteller von Schneidwerkzeugen beiträgt. Die geometrische Gestaltung eines doppelseitigen Schneideinsatzes zum Umfangsdrehfräsen ist jedoch im Vergleich zu einem herkömmlichen einseitigen Schneideinsatz eine anspruchsvollere Aufgabe, da das Positionieren eines doppelseitigen Schneideinsatzes in einer Schneideinsatztasche an einem Schneidwerkzeughalter, um an der gesamten im Eingriff stehenden Schneidkante eine ausreichende positive Schneidgeometrie zu erreichen, kompliziert ist. Ein doppelseitiger parallelogrammförmiger Schneideinsatz weist beim Blick von einem Punkt oberhalb der oberen Fläche des Einsatzes ein weitgehend parallelogrammförmiges Profil mit zwei langen Seiten, die zwei Hauptschneidkanten bilden, und zwei kurzen Seiten auf, die an jeder der oberen und unteren Vorderseite zwei Nebenschneidkanten bilden. Ein doppelseitiger parallelogrammförmiger Schneideinsatz umfasst zumindest an der radialen Schneidfläche eine negative Schneidgeometrie.
In der Industrie unternommene Anstrengungen zur Entwicklung neuer oder verbesserter parallelogrammförmiger Schneideinsätze sind auf die Verringerung der Schneidkräfte, Senkung des Energieverbrauchs, Erhöhung der Schneidkantenfestigkeit und Verlängerung der Werkzeuglebensdauer gerichtet. Unter dem Gesichtspunkt der geometrischen Gestaltung betrachtet ist die Aufrechterhaltung eines positiven Schneideneingriffs ein grundlegendes Ziel dieser Anstrengungen. Herkömmliche parallelogrammförmige Schneideinsätze zum Fräsen sind jedoch auf entweder zwei positive Schneidkanten bei einem einseitigen Schneideinsatz oder vier weitgehend negative Schneidkanten bei einem doppelseitigen Schneideinsatz beschränkt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein innovatives und einzigartiges Konzept zum Gestalten eines parallelogrammförmigen Schneideinsatzes bereit. Der Schneideinsatz der vorliegenden Erfindung weist eine prismatische und/oder zylindrische Form mit mehreren positiven Schneidzähnen auf, die an allen Schneidkanten eine positive Schneidgeometrie aufweisen. Anders ausgedrückt entspricht jeder Schneidzahn einer indizierbaren Schneidkante bei einem einseitigen Parallelogramm-Schneideinsatz (zwei positive Schneidkanten), wobei die Anzahl von Schneidzähnen drei, vier, fünf und sogar noch mehr betragen kann. Dies ermöglicht mehr verfügbare lange und positive Schneidkanten als ein herkömmlicher einseitiger Parallelogramm-Schneideinsatz. Außerdem kann ein prismatischer oder zylindrischer Schneideinsatz gemäß dieser Offenbarung der Erfindung Vorteile gegenüber einem doppelseitigen Parallelogramm-Schneideinsatz nach dem Stand der Technik (im Allgemeinen eine negative Geometrie) dadurch aufweisen, dass mindestens dieselbe Anzahl, aber positive lange Schneidkanten bereitgestellt werden.
Gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Schneideinsatz mit prismatischer und/oder zylindrischer (einschließlich kegelförmiger oder konischer) Form mehrere Schneidzähne, die jeweils einer Schneidkante eines einseitigen parallelogrammförmigen Schneideinsatzes entsprechen (der in der Schneidwerkzeugindustrie als Schneideinsatzform A mit zwei verfügbaren Schneidkanten bezeichnet wird). Ein prismatischer und zylindrischer Schneideinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung weist mehrere indizierbare positive Schneidkanten auf, deren Anzahl je nach der jeweiligen Fräsanwendung von vier bis sechs oder sogar mehr betragen kann. Der prismatische und zylindrische Schneideinsatz kann zur Bearbeitung einer großen Vielfalt von Materialien verwendet werden, einschließlich schwierig zu bearbeitender Materialien, Grauguss und -legierungen, Aluminium und -legierungen, Kohlenstoffstähle und faserverstärkte Verbundwerkstoffe.
Ein weitgehend prismatischer und zylindrischer Schneideinsatz gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung umfasst mehrere indizierbare Schneidzähne, und jeder Schneidzahn umfasst eine obere Fläche; mindestens eine radiale Freifläche, die die obere Fläche schneidet; mindestens eine axiale Freifläche, die die obere Fläche schneidet, und mindestens eine konische Freifläche, die die obere Fläche schneidet und die die mindestens eine radiale Freifläche und die mindestens eine axiale Freifläche verbindet; und eine lange Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten radialen Freifläche, eine gebogene Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten konischen Freifläche, und eine gerade Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten axialen Freifläche.
Ferner umfasst ein Fräswerkzeughalter gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schaft; mindestens eine Einsatzaufnahmetasche, die um den Umfang des Fräswerkzeughalters eingebaut ist und eine untere Sitzfläche, eine radiale Sitzfläche und eine Umfangssitzfläche umfasst; mindestens einen prismatischen und zylindrischen Schneideinsatz, umfassend eine obere Fläche; mindestens eine radiale Freifläche, die die obere Fläche schneidet; mindestens eine axiale Freifläche, die die obere Fläche schneidet, und mindestens eine konische Freifläche, die die obere Fläche schneidet und die die mindestens eine radiale Freifläche und die mindestens eine radiale Freifläche verbindet; und eine lange Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten radialen Freifläche, eine gebogene Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten konischen Freifläche, und eine gerade Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten axialen Freifläche.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Verschiedene Merkmale und Eigenschaften der nicht erschöpfenden und nicht einschränkenden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser verständlich, wobei:
1 eine Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes mit vier indizierbaren Schneidzähnen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung ist, wobei 1(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 1(b) eine Seitenansicht ist.
2 verschiedene Schnittansichten des prismatischen Schneideinsatzes in 1 sind.
3 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schneidwerkzeugsystems ist, umfassend einen Werkzeughalter und sechs prismatische Schneideinsätze mit jeweils vier Schneidzähnen (bzw. indizierbaren Schneidkanten) gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung.
4 veranschaulicht, wie ein prismatischer Schneideinsatz mit mehreren Schneidzähnen an einem Werkzeughalter positioniert ist.
5 eine weitere Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes mit vier indizierbaren Schneidzähnen ist, die gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung jeweils eine Kühlmittelbohrung an der oberen Fläche aufweisen, wobei 5(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 5(b) eine Seitenansicht ist.
6 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schneidwerkzeugsystems ist, umfassend einen Werkzeughalter und sechs prismatische Schneideinsätze mit jeweils vier Schneidzähnen (bzw. indizierbaren Schneidkanten) gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung.
7 ferner eine weitere Ausführungsform des zylindrischen Schneideinsatzes mit fünf indizierbaren Schneidzähnen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung ist.
8 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schneidwerkzeugsystems ist, umfassend einen Werkzeughalter, zwölf zylindrische Schneideinsätze und zwölf Befestigungsschrauben.
9 ein praktisches Gestaltungsbeispiel ist, das die Vorderansicht eines Schneidwerkzeugsystems zeigt, das einen Werkzeughalter, zwölf zylindrische Schneideinsätze und zwölf Schrauben umfasst.
10 ferner eine weitere Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes mit vier indizierbaren Schneidzähnen ist, die gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung jeweils eine integrierte harte Werkzeugspitze aufweisen, wobei 10(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 10(b) eine Seitenansicht ist.
11 eine Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes mit vier indizierbaren Schneidzähnen ohne eine facettenartige bzw. gerade Schneidkante gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung ist, wobei 11(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 11(b) eine Seitenansicht ist.
12 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht eines einfachen Zylinders mit einer Mittelachse und einer mittig angeordneten Bohrung zeigt.
13 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht eines einfachen kegelförmigen Zylinders mit einer Mittelachse und einer mittig angeordneten Bohrung zeigt.
14 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht eines einfachen zylindrischen Schneideinsatzes mit einem zylindrischen (oder konischen) Umfangsprofil zeigt.
15 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht eines einfachen zylindrischen Schneideinsatzes mit einem zylindrischen (oder konischen) Umfangsprofil und abgerundeten Schneidenecken zeigt.
16 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht eines einfachen prismatischen Schneideinsatzes mit einer prismatischen ebenen Umfangsoberfläche und abgerundeten Schneidenecken zeigt.
17 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht eines einfachen prismatischen und zylindrischen Schneideinsatzes mit einer Kombination aus einer prismatischen ebenen Umfangsoberfläche und einem zylindrischen (oder konischen) Umfangsprofil zeigt.
18 eine Prinzipdarstellung ist, die einen zylindrischen Schneideinsatz zeigt.
19 einen zylindrischen Schneideinsatz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
20 eine Position des zylindrischen Schneideinsatzes aus 19 zeigt, wenn dieser in einer Einsatzaufnahmetasche eines Werkzeughalters befestigt ist.
21 einen zylindrischen Schneideinsatz gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der vorliegenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen und in den Ansprüchen sind, anders als in den Betriebsbeispielen oder wo ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, alle Zahlen, die Mengen oder Eigenschaften von Inhaltsstoffen und Produkten, Verarbeitungsbedingungen und dergleichen angeben, in allen Fällen als durch den Begriff „etwa” abgeändert zu verstehen. Dementsprechend handelt es sich, sofern nicht etwas Gegenteiliges angegeben ist, bei allen numerischen Parametern, die in der nachfolgenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen dargestellt sind, um Näherungswerte, die in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften, die in den Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung erreicht werden sollen, variieren können. Allermindestens, und nicht als Versuch, die Anwendung der Lehre von Äquivalenten auf den Umfang der Ansprüche zu begrenzen, sollte jeder numerische Parameter zumindest angesichts der Anzahl der berichteten wesentlichen Ziffern und durch Anwendung von üblichen Rundungstechniken ausgelegt werden.
Alle Patente, Veröffentlichungen oder anderen Offenbarungsmaterialien in ihrer Gesamtheit oder in Teilen, von denen gesagt wird, dass sie durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind, sind nur in dem Maße hierin eingeschlossen, in dem das eingeschlossene Material bestehenden Definitionen, Aussagen oder anderem Offenbarungsmaterial, das in der vorliegenden Offenbarung aufgeführt ist, nicht entgegensteht. Die Offenbarung, wie hier aufgeführt, ersetzt an sich und im erforderlichen Ausmaß jegliches entgegenstehendes Material, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Jegliches Material oder Teile davon, von dem gesagt wird, dass es hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, das jedoch hierin aufgeführten bestehenden Definitionen, Aussagen oder anderem Offenbarungsmaterial entgegensteht, wird nur in dem Ausmaß aufgenommen, in dem sich kein Widerspruch aus dem aufgenommenen Material und dem bestehenden Offenbarungsmaterial ergibt.
Parallelogrammförmige Schneideinsätze werden wegen ihrer relativ größeren Schnitttiefe aufgrund der relativ längeren Schneidkante im Vergleich zu rechteckigen Schneideinsätzen normalerweise beim Umfangsdrehfräsen verwendet. Die Lebensdauer von Schneidwerkzeugen wird zu einem kritischen Faktor beim effizienten Umfangsdrehfräsen mit langen Kanten, wenn es um die Bearbeitung schwierig zu bearbeitender Sondermetalle und faserverstärkter Verbundwerkstoffe geht, die im großen Umfang in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden. Es besteht daher ein Bedarf an einer verbesserten Gestaltung parallelogrammförmiger Schneideinsätze und einem zugehörigen Werkzeughalter. Der in der vorliegenden Erfindung dargelegte innovative Schneideinsatz mit prismatischer und zylindrischer Form ist der erste in der Schneidwerkzeugindustrie in der Kategorie parallelogrammförmiger Schneideinsätze und darüber hinaus und bietet effektiv mehr verfügbare indizierbare positive Schneidkanten sowie durch die längere Werkzeuglebensdauer pro Schneideinsatz den Anwendern von Schneidwerkzeugen einen wirtschaftlichen Nutzen.
1 ist eine Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes 10 mit vier indizierbaren Schneidzähnen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung, wobei 1(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 1(b) eine Seitenansicht ist. Der prismatische Schneideinsatz 10 umfasst vier identische positive Schneidzähne 11a, 11b, 11c und 11d, von denen jeder einer indizierbaren Schneidkante eines herkömmlichen einseitigen parallelogrammförmigen Schneideinsatzes entspricht, der nur zwei indizierbare Schneidkanten aufweist. Die vier Schneidzähne sind rotationssymmetrisch um die Mittelachse 12 der mittig angeordneten Gewindebohrung 13 angebracht und stellen auf diese Weise vier verfügbare indizierbare Schneidkanten bereit. Die mittig angeordnete Gewindebohrung 13 beginnt an der vorderen Fläche 14 und endet an der unteren Fläche 15 des Schneideinsatzes 10. Jeder positive Schneidzahn, wobei 11a stellvertretend für die anderen steht, umfasst eine obere Fläche 21, eine radiale Freifläche 23 mit einer positiven Schneidgeometrie (d. h. eine positive radiale Schneidfreifläche), eine weitgehend konische Freifläche 24 mit einer positiven Schneidgeometrie (d. h. eine positive Schneidfreifläche), eine axiale Freifläche 25 mit einer positiven Schneidgeometrie (d. h. eine positive axiale Schneidfreifläche), eine Eintauchfreifläche 26 (am Schneidzahn 11d in 1(a), da am Schneidzahn 11a nicht sichtbar) und eine untere Fläche 22, die teilweise durch die Kanten 34, 35 und 36 umrandet ist (siehe 1(b) oder 1(a) bezüglich der unteren Fläche 22 des Schneidzahns 11b). Die obere Fläche 21 kann in Form einer ebenen Oberfläche, einer ebenen Oberfläche mit einem axialen Spanwinkel und/oder einem radialen Spanwinkel, einer Spanleitstufe, eines Spanbrechers oder einer Kombination davon vorliegen. Eine vollständige Schneidkante aus einem Schneidzahn bei 11a umfasst die lange Hauptschneidkante 31, eine Schneidenecken-Schneidkante 32, eine gerade Schneidkante 33 (die oftmals als Facettenschneide oder Planschneide bezeichnet wird) und eine Eintauchschneidkante 39, wie in 1(b) dargestellt. Alle Schneidfreiflächen einschließlich der Eintauchfläche 26, der axialen Fläche 25, der konischen oder zylindrischen Fläche 24 und der radialen Fläche 23 können in Form mehrerer Schneidfreiflächen vorliegen, um einen zusätzlichen Abstand zwischen den entsprechenden Schneidkanten (d. h. 39, 33, 32 und 31) und den zu bearbeitenden Werkstückmaterialien bereitzustellen. Über der Oberseite des Schneidzahns 11a befindet sich eine genutete Oberfläche 16, die Platz zur Spanabfuhr bereitstellt. Der prismatische Schneideinsatz 10 sitzt auf seiner unteren flachen Fläche 15 auf, wenn er an einem Werkzeughalter befestigt ist.
2(a) ist eine Seitenansicht des prismatischen Schneideinsatzes 10 (in 1), die mehrere Schnittlinien zeigt. Schnitt A-A in 2(b) zeigt eine Schnittansicht aller vier positiver Schneidzähne 11a, 11b, 11c und 11d des Schneideinsatzes 10 durch die Mitte des Schneideinsatzes 10 und rechtwinklig zur Mittelachse von 12. Schnitt B-B in 2(b) zeigt eine Schnittansicht rechtwinklig zur langen Hauptschneidkante 31 des Schneidzahns 11a des prismatischen Schneideinsatzes 10, wobei die Schneidkante 31 einen positiven radialen Abstandswinkel A_radial aufweist. Schnitt C-C in 2(b) zeigt eine Schnittansicht etwa rechtwinklig zur Schneidenecken-Schneidkante 32 des Schneidzahns 11a des prismatischen Schneideinsatzes 10, wobei die Schneidkante 32 einen positiven Abstandswinkel A_nose aufweist. Schnitt D-D in 2(b) zeigt eine Schnittansicht rechtwinklig zur Facetten-Schneidkante (bzw. geraden Schneidkante) 33 des Schneidzahns 11a des prismatischen Schneideinsatzes 10, wobei die Schneidkante 33 einen positiven Abstandswinkel A_axial in der Axialrichtung aufweist.
3 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schneidwerkzeugsystems 50, umfassend einen Werkzeughalter 51 und sechs prismatische Schneideinsätze 61 bis 66 mit jeweils vier indizierbaren Schneidzähnen (bzw. Schneidkanten) gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung. Der Werkzeughalter 51 weist eine mittig angeordnete Bohrung 53 und eine Schneidachse 52 auf, die rechtwinklig zu der zu bearbeitenden Oberfläche und in einer Flucht mit der Drehachse einer Werkzeugmaschine zur Metallzerspanung verläuft. Der Werkzeughalter 51 weist sechs identische Einsatzaufnahmetaschen 54 auf, die gleichmäßig verteilt am Umfang des Werkzeughalters 51 eingebaut sind. Als repräsentatives Beispiel ist der prismatische Schneideinsatz 61 sicher in der Tasche 54 positioniert. Jeweils nur ein Schneidzahn (bzw. eine Schneidkante) aus einem prismatischen Schneideinsatz steht beim Bearbeitungsvorgang im Eingriff, zum Beispiel steht gerade der Schneidzahn 61a des prismatischen Schneideinsatzes 61 im Eingriff. Die Positionen der sechs prismatischen Schneideinsätze 61 bis 66 sind rotationssymmetrisch um die Schneidachse 52 des Werkzeughalters 51 angeordnet. Als repräsentatives Beispiel für den prismatischen Schneideinsatz 61 sind vier Schneidzähne 61a, 61b, 61c und 61d rotationssymmetrisch um die Mittelachse 71 des prismatischen und zylindrischen Schneideinsatzes 61 angeordnet, und jeder Schneidzahn kann um die Mittelachse 71 indiziert werden, um zu einer in die Bearbeitung einbezogenen Schneidkante zu werden. Ebenso kann jeder Schneidzahn der prismatischen Schneideinsätze 62 bis 66 um seine Mittelachse 72 bis 76 indiziert werden, um jeweils zu einer in die Bearbeitung einbezogenen Schneidkante zu werden. Über jeder Tasche wie zum Beispiel 54 befinden sich eine genutete Oberfläche 55 und eine Kühlmittelbohrung 56. Die Mittelachse 71 aus einem prismatischen Schneideinsatz 61 verläuft nicht parallel zur Schneidachse 52 des Werkzeughalters 51.
4 veranschaulicht, wie ein prismatischer Schneideinsatz 61 (derselbe wie der in 3) mit mehreren positiven Schneidzähnen 61a bis 61d am Werkzeughalter 51 positioniert ist. Zur Veranschaulichung ist nur ein prismatischer Schneideinsatz 61 in 4(a) dargestellt, in der der Schneideinsatz 61 in einem Neigungswinkel A_tilt seiner Mittelachse 71 zur Schneidachse 52 des Werkzeughalters 51 am Werkzeughalter 51 positioniert ist. Außerdem ist in 4(a) ein zu bearbeitendes Werkstück 80 dargestellt, dessen obere Oberfläche 81 im Eingriff mit dem Schneidzahn 61a steht. 4(b) ist eine vergrößerte Zeichnung, die Einzelheiten der Positionen von vier Schneidzähnen 61a, 61b, 61c und 61d zeigt, wenn der prismatische und zylindrische Schneideinsatz 61 am Werkzeughalter 51 montiert ist, sowie das Positionsverhältnis jedes Schneidzahns zur Werkstückoberfläche 81. Der Schneidzahn 61a umfasst eine Facettenkante 83, eine Schneideneckenkante 84, eine lange Kante 85 und eine Eintauchschneidkante 86. Der Neigungswinkel A_tilt zwischen der Schneidachse 52 des Werkzeughalters 51 und der Mittelachse 71 des prismatischen Schneideinsatzes 61 wird mithilfe der folgenden Gleichung ermittelt: A_tilt = f(A_facet_edge, Dis_tool_tip, A_long_edge) (1) wobei A_facet_edge der Winkel zwischen der Facettenkante (gerade Kante) 83 und der Werkstückoberfläche 81 ist, Dis_tool_tip der Mindestabstand zwischen einer Werkzeugspitze (des Schneidzahns 61d bei der Darstellung in 4(b)) und der Werkstückoberfläche 81 ist und A_long_edge der Winkel ist, den die lange Kante 85 des Schneidzahns 61a und die obere Werkstückoberfläche 81 bilden. Dis_tool_tip bestimmt den Bereich des zulässigen Eintauchwinkels und die zulässige Tiefe beim Einfauchfräsen unter Verwendung der Eintauchschneidkante 86.
5 ist eine weitere Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes 100 mit vier indizierbaren Schneidzähnen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung, wobei 5(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 5(b) eine Seitenansicht ist. Der prismatische Schneideinsatz 100 umfasst vier identische positive Schneidzähne 101, 102, 103 und 104, von denen jeder einer indizierbaren Schneidkante eines herkömmlichen einseitigen parallelogrammförmigen Schneideinsatzes entspricht (der nur zwei indizierbare Schneidkanten aufweist). Die vier Schneidzähne sind rotationssymmetrisch um die Mittelachse 110 der mittig angeordneten Gewindebohrung 105 angebracht und stellen auf diese Weise vier indizierbare verfügbare Schneidkanten bereit. Ähnlich wie der in 1 dargestellte prismatische Schneideinsatz 10 umfasst eine vollständige Schneidkante 112 aus dem Schneidzahn wie zum Beispiel 101 des prismatischen Schneideinsatzes 10 wie in 5(a) angegeben normalerweise drei Segmente. Ebenso wie der in 1 dargestellte prismatische Schneideinsatz 10 weist der Schneidzahn 101 des prismatischen Schneideinsatzes 100 normalerweise drei positive Freiflächen 114 auf, wie in 5(a) angegeben. Ein zu dem prismatischen Schneideinsatz 100 hinzugefügtes einzigartiges Merkmal (siehe sowohl 5(a) als auch 5(b)) sind jedoch die vier identischen Kühlmitteldurchgangsbohrungen 106, 107, 108 und 109, die sich von der oberen Fläche des entsprechenden Schneidzahns erstrecken, zum Beispiel die Kühlmittelbohrung 106 an der oberen Fläche 113 des Schneidzahns 101. Angenommen, die Schneidkante 112 des Schneideinsatzes 100 ist eine im Eingriff stehende Schneidkante, so tritt das Kühlmittel aus der Kühlmittelbohrung 107 aus dem Schneidzahn 102 aus und stellt auf diese Weise am vorderen Teilbereich der Schneidkante 112 eine effektivere Kühlmittelausrichtung bereit. Es können mehr als eine Gruppe derartiger Schneideinsatz-Kühlmitteldurchgangsbohrungen 106 bis 109 an einem prismatischen Schneideinsatz wie zum Beispiel dem Schneideinsatz 100 vorhanden sein.
6 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Schneidwerkzeugsystems 120, umfassend einen Werkzeughalter 121 und sechs prismatische Schneideinsätze 131 bis 136 mit jeweils vier Schneidzähnen (bzw. indizierbaren Schneidkanten) gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung. Der Werkzeughalter 121 weist eine mittig angeordnete Bohrung 122 und eine Schneidachse 123 auf, die rechtwinklig zu der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und in einer Flucht mit der Drehachse einer Werkzeugmaschine zur Metallzerspanung verläuft. Der Werkzeughalter 121 weist sechs identische Einsatzaufnahmetaschen 141–146 auf, in denen die prismatischen Schneideinsätze 131–136 befestigt sind. Zur einfachen Verdeutlichung des geometrischen Aufbaus der in den Werkzeughalter 121 integrierten Taschen 141 bis 146 sind zwei prismatische Schneideinsätze 131 bzw. 132 aus ihren Positionen am Werkzeughalter 121 herausgenommen. Ähnlich wie der in 5 dargestellte prismatische Schneideinsatz 100 weist jeder Schneideinsatz 131 bis 136 eine Gruppe von Schneideinsatz-Durchgangskühlmittelbohrungen auf, zum Beispiel die vier Schneideinsatz-Durchgangskühlmittelbohrungen 161 bis 164 am Schneideinsatz 131. Wie in 6 dargestellt, weist die Tasche 141, in der der prismatische Schneideinsatz 131 gesichert wird, einen Kühlmittelauslass 151a an der Taschenfläche 168 für das durch den Schneideinsatz strömende Kühlmittel und einen zusätzlichen herkömmlichen Kühlmittelauslass 151b auf. Ebenso weist die Tasche, 142, in der der prismatische Schneideinsatz 132 gesichert wird, auch einen Kühlmittelauslass 152a an der Taschenfläche 168 für das durch den Schneideinsatz strömende Kühlmittel und einen zusätzlichen herkömmlichen Kühlmittelauslass 152b auf. Ferner wird der prismatische Schneideinsatz 131 in der Tasche 141 durch eine Schraube (nicht dargestellt) gesichert, die durch die mittig angeordnete Bohrung 169 in die Gewindebohrung 165 in der Tasche 141 reicht. Die untere Fläche 160 des prismatischen Schneideinsatzes 131 sitzt auf der unteren Sitzfläche 166 in der Tasche 141. Außerdem wird die obere Fläche (nicht dargestellt) des Schneidzahns 131b des prismatischen Schneideinsatzes 131 auf die radiale Sitzfläche 168 in der Tasche 141 ausgerichtet und sitzt auf dieser auf, und die untere Fläche (nicht dargestellt) des Schneidzahns 131a des prismatischen Schneideinsatzes 131 wird auf die Umfangssitzfläche 167 in der Tasche 141 ausgerichtet und sitzt auf dieser auf.
7 ist ferner eine weitere Ausführungsform des zylindrischen Schneideinsatzes 170 mit fünf indizierbaren Schneidzähnen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung. Der prismatische Schneideinsatz 170 umfasst fünf identische positive Schneidzähne 181, 182, 183, 184 und 185, von denen jeder einer indizierbaren Schneidkante eines herkömmlichen einseitigen parallelogrammförmigen Schneideinsatzes mit nur zwei indizierbaren Schneidkanten entspricht. Die fünf Schneidzähne sind rotationssymmetrisch um die Mittelachse 172 der mittig angeordneten Gewindebohrung 171 angebracht, die sich von der vorderen Fläche 188 zur unteren Fläche 189 erstreckt und auf diese Weise fünf indizierbare verfügbare Schneidkanten bereitstellt. Die untere Fläche 189 des Schneideinsatzes 170 ist üblicherweise eine ebene Fläche, die als Sitzfläche fungiert, wenn sie in einer entsprechenden Einsatzaufnahmetasche an einem Werkzeughalter sitzt.
Der Schneideinsatz 171 weist eine weitgehend zylindrische (einschließlich einer konischen) Form auf, wobei jeder Schneidzahn eine vollständige oder anteilige zylindrische (konische) radiale Abstandsoberfläche aufweist, zum Beispiel weist der Schneidzahn 181 des zylindrischen Schneideinsatzes 170 eine zylindrische (konische) Oberfläche 192 auf. Außerdem weist der Schneidzahn 181 eine obere Fläche 191, eine untere Fläche 195 eine axiale Freifläche 194 und eine Schneidenecken-Freifläche 193 auf. Jeder Schneidzahn stellt eine vollständige Schneidkante bereit, zum Beispiel weist der Schneidzahn 181 des zylindrischen Schneideinsatzes 170 eine Hauptschneidkante auf, die eine lange Schneidkante 198, eine gebogene Schneidkante 197 der Schneidenecke und eine Facettenschneidkante (bzw. gerade Schneidkante) 196 umfasst. Die Schneidenecken-Freifläche 193 ist weitgehend konisch, was in dieser Erfindung so definiert ist, dass darin eine nicht kegelförmige zylindrische Fläche als Sonderfall eingeschlossen ist, wenn der Radius der gebogenen Schneidkante 197 der Schneidenecke an der oberen Fläche 191 gleich dem der Schneideneckenkante 199 an der unteren Fläche 195 ist.
Es gibt keine Obergrenze für die Anzahl von Schneidzähnen bei einem in 1 dargestellten prismatischen Schneideinsatz 10, bei dem in 5 veranschaulichten prismatischen Schneideinsatz 100 und bei dem in 7 dargelegten zylindrischen Schneideinsatz 170. Dies hängt alles davon ab, wie viel Platz zwischen den Schneidzähnen benötigt wird, um Späne abzuführen, die bei der Bearbeitung einer bestimmten Kategorie von Werkstoffen entstehen. Konkret ausgedrückt kann beim Bearbeiten der Werkstoffe, bei denen lange Späne entstehen, zum Beispiel bei einem schwierig zu bearbeiteten Material, eine kleinere Anzahl von Schneidzähnen erforderlich sein, zum Beispiel drei bis fünf, während es beim Bearbeiten der Werkstoffe, bei denen segmentierte Späne entstehen, zum Beispiel eine Art von Grauguss und -legierungen, Stahl mit mittlerem bis hohem Kohlenstoffanteil oder faserverstärkte Verbundwerkstoffe, von großem Vorteil sein kann, einen prismatischen oder zylindrischen Schneideinsatz mit mehr Schneidzähnen zu entwickeln, zum Beispiel mit fünf, sechs oder sogar noch mehr Schneidzähnen.
Ein weiteres einzigartiges Merkmal eines prismatischen und zylindrischen Schneideinsatzes besteht darin, dass der Einsatz in einer kompakten Größe mit mehr indizierbaren Schneidkanten für Anwendungen zum Bearbeiten von Materialien entworfen werden kann, bei denen segmentierte oder kleine Späne entstehen. 8 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schneidwerkzeugsystems 200, umfassend einen Werkzeughalter 220, zwölf zylindrische Schneideinsätze 201 bis 212, die dem in 7 dargestellten zylindrischen Schneideinsatz 170 ähneln, und zwölf Befestigungsschrauben (nur die Schraube 221 ist dargestellt). Jeder der Schneideinsätze 201 bis 212 weist fünf Schneidzähne (bzw. indizierbare Schneidkanten) gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung auf. Als repräsentatives Beispiel weist der zylindrische Schneideinsatz 201 in 8 fünf Schneidzähne (bzw. indizierbare Schneidkanten) 201a, 201b, 201c, 201d und 201e auf, von denen jeder um die Achse 227 der mittig angeordneten Bohrung 228 indizierbar ist. Der Werkzeughalter 220 weist eine mittig angeordnete Bohrung 225 und eine Schneidachse 226 auf, die rechtwinklig zu der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und in einer Flucht mit der Drehachse einer Werkzeugmaschine zur Metallzerspanung verläuft. Der Werkzeughalter 220 weist zwölf identische Einsatzaufnahmetaschen auf (nur die Tasche 222 ist dargestellt), wobei die prismatischen Schneideinsätze 201 bis 212 durch eine entsprechende Schraube wie zum Beispiel die Schraube 221 befestigt und gesichert sind. In 8 ist eine Explosionsdarstellung der Schraube 221 und des zylindrischen Schneideinsatzes 202 aus ihren ursprünglichen Positionen in der Tasche 222 herausgezogen, wobei die Schraube 221 den zylindrischen Schneideinsatz 202 durch die mittig angeordnete Bohrung 229 in der Gewindebohrung 224 in der Tasche 222 des Werkzeughalters 220 sichert. Die untere Fläche 230 des zylindrischen Schneideinsatzes 202 sitzt an der unteren Sitzfläche 223 in der Tasche 222. Außerdem wird die obere Fläche (nicht dargestellt) des Schneidzahns 202b des zylindrischen Schneideinsatzes 202 auf die radiale Sitzfläche 222b in der Tasche 222 ausgerichtet und sitzt auf dieser auf, und die untere Fläche (nicht dargestellt) des Schneidzahns 202a des zylindrischen Schneideinsatzes 202 wird auf die Umfangssitzfläche 222a in der Tasche 222 am Werkzeughalter 220 ausgerichtet und sitzt auf dieser auf.
Auch können im Vergleich zu herkömmlichen Parallelogramm-Schneideinsätzen mit entweder einem einseitigen Schneideinsatz mit positiver geometrischer Form oder mit einem doppelseitigen Schneideinsatz mit negativer geometrischer Form viel mehr Spannuten am Werkzeughalter erzeugt werden, die prismatische oder zylindrische Schneideinsätze aufweisen. Dies hängt zum großen Teil mit dem allgemeinen Zylinderprofil eines prismatischen und/oder zylindrischen Schneideinsatzes und mit der Position und Ausrichtung des prismatischen oder zylindrischen Schneideinsatzes am Werkzeughalter zusammen. Als praktisches Gestaltungsbeispiel ist in 9 eine Vorderansicht des Schneidwerkzeugsystems 200 (wie in 8 zu sehen) dargestellt, das einen Werkzeughalter 220, zwölf zylindrische Schneideinsätze 201 bis 212 und zwölf Schrauben 221a bis 2211 umfasst. Wie in 9 bei einem Schneiddurchmesser von nur 50 mm dargestellt, kann der Werkzeughalter zwölf zylindrische Schneideinsätze mit einem Inkreis IC (IC = Inscribed circle) von 9 mm aufnehmen. Dadurch kann außer mehr indizierbaren Schneidkanten eine erheblich erhöhte Produktivität in Bezug auf die Materialentnahmegeschwindigkeit pro Schneidwerkzeug bei Bearbeitungsvorgängen bereitgestellt werden, bei denen eine lange Schneidkante eines Parallelogramm-Schneideinsatzes benötigt wird.
10 ist ferner eine weitere Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes 240 mit vier indizierbaren positiven Schneidzähnen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung, wobei 10(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 10(b) eine Seitenansicht ist. Der prismatische Schneideinsatz 240 umfasst vier identische positive Schneidzähne 241, 242, 243 und 244, von denen jeder einen am Schneidzahn angebrachten harten Meißeleinsatz 251 bis 254 aufweist. Das Material eines derartigen harten Meißeleinsatzes 251 bis 254 kann polykristalliner Diamant (PKD), KBN (kubisches Bornitrid) usw. sein. Die vier Schneidzähne 241 bis 244 sind rotationssymmetrisch um die Mittelachse 247 der mittig angeordneten Gewindebohrung 246 angeordnet und stellen auf diese Weise vier indizierbare verfügbare Schneidkanten bereit. Ein derartiger prismatischer Schneideinsatz 240 mit einer integrierten PKD- oder KBN-Werkzeugspitze kann besonders gut zur Bearbeitung von Verbundwerkstoffen geeignet sein, bei denen faserverstärktes Verbundmaterial oder kohlefaserverstärktes Polymer verwendet wird, die verbreitet in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden.
11 ist eine Ausführungsform des prismatischen Schneideinsatzes mit vier indizierbaren Schneidzähnen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung, wobei 11(a) eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und 11(b) eine Seitenansicht ist. Der prismatische Schneideinsatz 300 umfasst vier identische positive Schneidzähne 301a, 301b, 301c und 301d, von denen jeder einer indizierbaren Schneidkante eines herkömmlichen einseitigen parallelogrammförmigen Schneideinsatzes entspricht, der zwei indizierbare Schneidkanten aufweist. Die vier Schneidzähne 301a bis 301d sind rotationssymmetrisch um die Mittelachse 309 der mittig angeordneten Gewindebohrung 308 angebracht und stellen auf diese Weise vier verfügbare indizierbare Schneidkanten bereit. Jeder Schneidzahn, wobei 301a als typisches Beispiel steht, umfasst eine obere Fläche 302, eine radiale Fläche 303 mit einer positiven Schneidgeometrie (d. h. eine positive radiale Schneidfreifläche), eine konische oder zylindrische Fläche 304 mit einer positiven Geometrie (d. h. eine positive konische Schneidfreifläche), eine axiale Fläche 305 mit einer positiven Geometrie (d. h. eine positive axiale Schneidfreifläche) und eine untere Fläche 314 (siehe die mit der Strichlinie umrandete Fläche in 11(b) bzw. in 11(a) für die untere Fläche 306 des Schneidzahns 301b). Die obere Fläche 302 kann in Form einer ebenen Oberfläche, einer ebenen Oberfläche mit einem axialen Spanwinkel und einem radialen Spanwinkel, einer Spanleitstufe oder eines Spanbrechers oder in Form einer kombinierten Geometrie aus all den oben beschriebenen vorliegen. Eine vollständige Schneidkante aus einem Schneidzahn 301a umfasst eine lange Hauptschneidkante 311 und eine Schneideneckenkante 312. Im Unterschied zum prismatischen Schneideinsatz 10 in 1 fehlt bei dem prismatischen Schneideinsatz 300 eine Facettenschneidkante bzw. gerade Schneidkante. Über der Oberseite des Schneidzahns 301a befindet sich eine genutete Oberfläche 316, die Platz zur Spanabfuhr bereitstellt.
Zu bestimmten nicht einschränkenden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung gehören ein weitgehend prismatischer und zylindrischer Schneideinsatz einschließlich des kegelförmigen bzw. konischen Parallelogramm-Schneideinsatzes, der mehrere identische Schneidzähne aufweist, von denen jeder eine obere Fläche umfasst; mindestens eine radiale Freifläche, die die obere Fläche schneidet; mindestens eine axiale Freifläche, die die obere Fläche schneidet, und mindestens eine konische oder zylindrische Freifläche, die die obere Fläche schneidet und die mindestens eine radiale Freifläche und die mindestens eine axiale Freifläche verbindet; und eine Hauptschneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten radialen Freifläche, eine gebogene Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten konischen Freifläche, und eine gerade Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten axialen Freifläche. Die gerade Schneidkante wird oftmals als Facettenschneide oder Planschneide bezeichnet und verläuft rechtwinklig zur Schneidachse des zugehörigen Werkzeughalters, an dem mehrere Parallelogramm-Schneideinsätze befestigt sind.
Der in dieser Offenbarung der Erfindung verwendete Begriff „prismatisch” beruht hauptsächlich auf der theoretischen Beschreibung des Begriffs „Prisma”, der in der Geometrie als Vielflächner mit einer vieleckigen Grundfläche mit n Seiten definiert ist. Außerdem ist in der Theorie ein Velflächner als Festkörper in drei Dimensionen mit ebenen Flächen und geraden Kanten definiert, und in der Schneidwerkzeugindustrie wird eine solche Definition unter Umständen abgewandelt, um die geometrischen Merkmale eines Schneidwerkszeugs effektiv zu beschreiben, indem geometrische Attribute wie zum Beispiel gebogene Kanten, abgerundete Ecken, genutete Oberflächen usw. hinzugefügt werden. Der Begriff „prismatisch” dient zur Beschreibung der mehreren identischen Schneidzähne, die symmetrisch um eine Mittelachse des prismatischen Schneideinsatzes angeordnet sind. Der in dieser Offenbarung der Erfindung verwendete Begriff „zylindrisch” bedeutet hauptsächlich, dass die (außenliegende) radiale Abstandsoberfläche jedes Schneidzahns aus einem zylindrischen Schneideinsatz eine kegelförmige zylindrische bzw. konische Oberfläche am Umfang ist. Das Konzept der Verwendung einzigartiger prismatischer und zylindrischer Schneideinsätze zur Bereitstellung einer positiven Schneidkante bzw. positiven Schneidgeometrie für Fräsvorgänge gemäß dieser Erfindung ist im Vergleich mit herkömmlichen Schneideinsätzen und tangentialen Schneideinsätzen, bei denen es sich um zwei Hauptkategorien von Schneideinsätzen zum Fräsen handelt, das erste in der Schneidwerkzeugindustrie. Einige Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung können eine kombinierte Form aus prismatischem und zylindrischem Profil aufweisen, die jeweils in Einzelheiten durch die 1 bis 11 beschrieben wurden. Zur weiteren Klarstellung, worum es sich bei einem prismatischen und zylindrischen Schneideinsatz handelt und warum der Begriff „prismatisch und zylindrisch” verwendet wird, veranschaulichen die 12 bis 17 schrittweise die Schaffung eines einfachen prismatischen und zylindrischen Schneideinsatzes.
Als Schritt eins ist in 12 ein Zylinder 350 dargestellt, wobei die Ansicht auf der linken Seite eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und die Ansicht auf der rechten Seite eine Vorderansicht ist. Der Zylinder 350 weist eine Mittelachse 353, eine mittig angeordnete Bohrung 352 und eine zylindrische Oberfläche 351 auf, die am vorderen Umfang 355 beginnt und am hinteren Umfang 356 endet, der im Durchmesser dem vorderen Umfang 355 gleicht.
Als Schritt zwei wird der Zylinder 350 in 12 geometrisch in eine kegelförmige zylindrische Form bzw. eine konische Form 360 umgewandelt, wie in 13 dargestellt, wobei die Ansicht auf der linken Seite eine dreidimensionale perspektivische Ansicht und die Ansicht auf der rechten Seite eine Vorderansicht ist. Der kegelförmige (bzw. konische) Zylinder 360 weist eine Mittelachse 363, eine mittig angeordnete Bohrung 362 und eine konische Oberfläche 361 auf, die am vorderen Umfang 365 beginnt und am hinteren Umfang 366 endet, der im Durchmesser kleiner als der vordere Umfang 365 ist.
Als Schritt drei wird der kegelförmige Zylinder 360 in 13 ferner geometrisch in einen zylindrischen Schneideinsatz 370 umgewandelt, der in 14 dargestellt ist und ein kegelförmiges zylindrisches (bzw. konisches) Umfangsprofil 371 aufweist. Der zylindrische Schneideinsatz 370 weist eine mittig angeordnete Bohrung 372, eine Mittelachse 373 und fünf identische Schneidzähne (bzw. indizierbare Schneidkanten) 370a, 370b, 370c, 370d und 370e auf. Wie in den Ansichten sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite in 14 dargestellt, weist jeder Schneidzahn 370a bis 370e des zylindrischen Schneideinsatzes 370 dasselbe kegelförmige zylindrische (bzw. konische) Umfangsprofil 371 auf.
Als Schritt vier wird der zylindrische Schneideinsatz 370 in 14 ferner geometrisch in einen mehr realitätsnahen zylindrischen Schneideinsatz 380 umgewandelt, der in 15 dargestellt ist, indem jedem entsprechenden Schneidzahn 380a bis 380e eine abgerundete Schneidenecke 385a bis 385e hinzugefügt wird. Der zylindrische Schneideinsatz 380 weist eine mittig angeordnete Bohrung 382, eine Mittelachse 383 und fünf identische Schneidzähne (bzw. indizierbare Schneidkanten) 380a, 380b, 380c, 380d und 380e auf, die jeweils dasselbe kegelförmige zylindrische (bzw. konische) Umfangsprofil 381 aufweisen, wie in den Ansichten auf der linken und rechten Seite von 15 dargestellt.
Als alternativer Schritt vier kann der zylindrische Schneideinsatz 370 in 14 geometrisch in einen prismatischen Schneideinsatz 390 umgewandelt werden, der in 16 dargestellt ist, indem jedem Schneidzahn 390a bis 390e eine abgerundete Schneidenecke 395a bis 395e hinzugefügt wird. Der prismatische Schneideinsatz 390 weist eine mittig angeordnete Bohrung 392, eine Mittelachse 393 und fünf identische Schneidzähne (bzw. indizierbare Schneidkanten) 390a, 390b, 390c, 390d und 390e auf, die jeweils dieselbe prismatische ebene Oberfläche 391a bis 391e und kein ursprüngliches zylindrisches Umfangsprofil aufweisen, wie in den Ansichten auf der linken und rechten Seite von 16 dargestellt.
Als optionaler Schritt fünf kann der zylindrische Schneideinsatz 370 in 14 ferner geometrisch in einen prismatischen und zylindrischen Schneideinsatz 400 umgewandelt werden, der in 17 dargestellt ist, indem bei jedem Schneidzahn 400a, 400b, 400c, 400d und 400e eine abgerundete Schneidenecke (nicht nummeriert) hinzugefügt wird. Der prismatische und zylindrische Schneideinsatz 400 weist eine mittig angeordnete Bohrung 406, eine Mittelachse 407 und fünf identische Schneidzähne (bzw. indizierbare Schneidkanten) 400a bis 400e auf, die jeweils dieselbe prismatische ebene Oberfläche 401a bis 401e zusammen mit einem ursprünglichen zylindrischen (kegelförmigen bzw. konischen) Umfangsprofil 420 aufweisen, wie in den Ansichten auf der linken und rechten Seite von 17 dargestellt. Daher definieren wir den gemäß den 12 bis 17 geschaffenen Schneideinsatz als prismatischen und zylindrischen Schneideinsatz.
Insbesondere stammt das Konzept des zylindrischen Schneideinsatzes mit einer Vielzahl langer Schneidkanten aus der einfachen Idee, einen Vollmaterial-Stirnfräser mit mehreren Spannuten in einen Parallelogramm-Schneideinsatz umzuwandeln, der eine lange Schneidkante umfasst. Jeder Schneidzahn aus einem Vollmaterial-Stirnfräser kann in einen positiven Schneidzahn umgewandelt werden, der einen einseitigen Parallelogramm-Schneideinsatz nachbildet (in der Schneidwerkzeugindustrie als Schneideinsatzform A bezeichnet). Daher weist jeder Schneidzahn eines zylindrischen Schneideinsatzes alle geometrischen Merkmale eines einseitigen Parallelogramm-Schneideinsatzes wie zum Beispiel eine lange Schneidkante, 90-Grad-Schulterfräsen, Eintauchfräsfunktion, Spanleitstufe, einen großen Bereich von Schneideneckenradien und allseitige positive Schneidabstandsoberflächen auf, während aber die Anzahl indizierbarer Schneidkanten auf zum Beispiel drei, vier, fünf und sogar noch mehr erhöht werden kann, verglichen mit lediglich zwei bei einem handelsüblichen einseitigen Parallelogramm-Schneideinsatz.
Des Weiteren hat ein zylindrischer Schneideinsatz unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit bei der Fertigung von Schneideinsätzen Vorteile gegenüber einem prismatischen Schneideinsatz, der zuvor in den 1 bis 6 dargelegt wurde. Bei einem zylindrischen Umfang eines zylindrischen Schneideinsatzes lassen sich eine bessere Maßgenauigkeit und eine konstante Indizierbarkeit leichter erzielen, da alle indizierbaren Schneidkanten denselben Kreisumfang nutzen.
In den folgenden 18 bis 20 wird eine ausführliche Beschreibung bereitgestellt, um eine auf dieser Erfindung beruhende Ausführungsform eines zylindrischen Schneideinsatzes vorzustellen, die alle geometrischen Merkmale veranschaulicht, die ein handelsüblicher einseitiger Parallelogramm-Schneideinsatz aufweist. 18 ist eine Prinzipdarstellung, die zeigt, dass ein zylindrischer Schneideinsatz, wiedergegeben durch einen kleinen Kreis 505 mit einer durchbrochenen Linie, in einem Fräsergehäuse positioniert ist, das durch den großen Bogen 500 wiedergegeben ist, wobei der kleine Kreis 505 den großen Bogen 500 berührt und die Mittellinie 502a, die eine Schneidkante wiedergibt, auf die Mittellinie 504 des großen Bogens 500 ausgerichtet ist. Zum Vergleich ist der kleine Kreis 501 mit der durchgezogenen Linie, der einen weiteren zylindrischen Schneideinsatz wiedergibt, um delta_X und delta_Y gegenüber dem Kreis 505 linear versetzt, während seine Schneidkante 502b auf der Mittellinie 504 des Bogens 500 gehalten wird. Wie aus der Detailansicht ersichtlich ist, bildet der kleine Kreis 501 gegenüber dem großen Bogen 500 einen ausreichenden positiven Schneidabstand 507 unter dem Schneidpunkt 506, während der kleine Kreis 505 einen sehr eingeschränkten Abstand 508 bildet. Ein zylindrischer Umfang lässt sich unter Umständen leichter herstellen als ein prismatischer Umfang und ist somit möglicherweise ein guter Kandidat für einen vollständig mittels Pressen oder Spritzgießen hergestellten Schneideinsatz. Das Positionsverhältnis des kleinen Kreises 501 dient zum Erzeugen eines zylindrischen Schneideinsatzes, der eine Vielzahl positiver Schneidzähne umfasst, die in den folgenden 19 bis 21 dargelegt werden.
19 zeigt eine Ausführungsform eines zylindrischen Schneideinsatzes 510 gemäß dieser Erfindung, wobei 19(a) eine perspektivische Ansicht, 19(b) eine Seitenansicht und 19(c) eine Schnittansicht des Schnitts C-C in 19(b) ist. Der zylindrische Schneideinsatz 510 weist von der vorderen Fläche 517 bis zur hinteren Fläche 518 ein weitgehend kegelförmiges bzw. konisches Profil auf. Der zylindrische Fräser 510 umfasst vier identische und indizierbare positive Schneidzähne 511, 512, 513 und 514, die rotationssymmetrisch um die Mittelachse 515 der Befestigungsbohrung 516 angeordnet sind. Jeder Schneidzahn 511 umfasst eine obere Fläche 521, eine untere Fläche 522 (siehe auch die untere Fläche 512a des Schneidzahns 512), eine radiale Freifläche 523, die ein Teilbereich des kegelförmigen zylindrischen Umfangs des zylindrischen Schneideinsatzes 510 ist, eine konische Freifläche 524, die in einigen Fällen in Form einer zylindrischen Fläche vorliegen kann, eine axiale Freifläche 525 und eine Eintauchfreifläche 526 (siehe auch die Eintauchfreifläche 514a am Schneidzahn 514). Ferner weist jeder Schneidzahn 511 des Schneideinsatzes 510 eine lange Hauptschneidkante 531, eine gebogene Schneidenecken-Schneidkante 532, eine gerade Schneidkante 533 und eine Eintauchschneidkante 534 auf (siehe auch die Eintauchschneidkante 514b am Schneidzahn 514). Bei einigen Ausführungsformen kann die Anzahl gerader Schneidkanten und die Anzahl gebogener Schneidkanten mehr als eins betragen. Die obere Fläche 521 des Schneidzahns 511 umfasst eine Spanleitstufe oder einen Spanbrecher 538, wie sowohl in 19(a) als auch in 19(c) erkennbar ist, und bei einigen Ausführungsformen dieser Erfindung kann die obere Fläche 521 in Form einer ebenen Oberfläche, einer ebenen Oberfläche mit einem axialen Spanwinkel und einem radialen Spanwinkel, einer Spanleitstufe, eines Spanbrechers und einer geometrischen Kombination aus einer ebenen Oberfläche oder einer Spanleitstufe und einem Spanbrecher vorliegen. In 19(b) befindet sich der konische Teilbereich 539 der Befestigungsbohrung 516 des zylindrischen Schneideinsatzes 510 in der Mitte des zylindrischen Schneideinsatzes 510 entlang seiner Mittelachse 515 und stellt auf diese Weise eine einzigartige Lösung bereit, um die Verwendung einer langen Schraube (nicht dargestellt) zur Sicherung eines zylindrischen Schneideinsatzes 510 in einer Gewindebohrung an einem Werkzeughalter zu vermeiden. Die gebogene Schneidenecken-Schneidkante 532 weist einen großen Bereich von Schneideneckenradien von Parallelogramm-Schneideinsätzen auf, die mithilfe dieser Erfindung erzeugt werden können. Der Platz 529 zwischen der oberen Fläche 512 des Schneidzahns 511 und der unteren Fläche 512a eines benachbarten Schneidzahns 512 bildet automatisch eine Spannut zur Abfuhr der beim Bearbeiten entstehenden Späne, wodurch ein Herstellungsvorgang zur Schaffung einer Spannut am Werkzeughalter für den Fall verringert werden kann, dass eine Spannut eines Schneidzahns allein ausreicht, um Späne abzuführen.
20 veranschaulicht die Position eines zylindrischen Schneideinsatzes 510 (derselbe Schneideinsatz wie in 19), wenn er an einer Einsatzaufnahmetasche (nicht dargestellt) eines Werkzeughalters gesichert ist, wobei 20(a) eine Seitenansicht und 20(b) eine Vorderansicht ist. In 20(a) gibt die vertikale Linie 550 die Schneidachse eines Werkzeughalters (nicht dargestellt) wieder, an dem ein zylindrischer Schneideinsatz 510 befestigt ist, die Linie 554 gibt die Oberfläche eines in Bearbeitung befindlichen Werkstücks wieder, die Linie 556 gibt eine bearbeitete Wand wieder, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Werkstückoberfläche 554 verläuft, und die Linie 555 gibt die untersten Positionen der nicht im Eingriff stehenden Schneidzähne 512 und 514 wieder, wenn der zylindrische Schneideinsatz 510 am Werkzeughalter positioniert ist. In 20(b) gibt die Linie 551 die Y-Mittellinie wieder, und die Linie 552 gibt die X-Mittellinie des Schneiddurchmesserkreises 553 eines Werkzeughalters wieder. Die Mittenposition des zylindrischen Schneideinsatzes 510 an einem Werkzeughalter weist aus demselben Grund wie bereits in 18 veranschaulicht einen Offset delta_X und einen Offset delta_Y auf, d. h. die Bildung einer positiven radialen Abstandsoberfläche zwischen der zylindrischen Oberfläche 523 und dem Schneiddurchmesserkreis 553, wie in 20(b) dargestellt.
Wie in 20(a) dargestellt ist der zylindrische Schneideinsatz 510 so an einem Werkzeughalter positioniert, dass die gerade Schneidkante 533 des im Eingriff stehenden Schneidzahns 511 rechtwinklig zur Schneidachse 550 verläuft bzw. auf die Werkstückoberfläche ausgerichtet ist, um eine gute Oberflächenbearbeitung zu erzielen, und in der Zwischenzeit erzeugt die lange Schneidkante 531 des im Eingriff stehenden Schneidzahns 511 an der Schulter des Werkstücks eine im Wesentlichen in 90 Grad verlaufende Wand 556. Der Platz zwischen der Werkstückoberfläche 554 und der Linie 555, die durch die untersten nicht im Eingriff stehenden Schneidzähne 512 und 514 definiert ist, bestimmt den Bereich, in dem die Eintauchschneidkante 534 des im Eingriff stehenden Schneidzahns 511 während eines Eintauchvorgangs arbeiten kann.
21 zeigt eine weitere Ausführungsform eines zylindrischen Schneideinsatzes 610 gemäß dieser Erfindung, wobei 21(a) eine perspektivische Ansicht, 21(b) eine Seitenansicht und 21(c) eine Schnittansicht des Schnitts D-D in 21(b) ist. Der zylindrische Schneideinsatz 610 ähnelt dem in 19 dargestellten zylindrischen Schneideinsatz 510 sehr, mit der Ausnahme, dass jeder positive Schneidzahn 611 des zylindrischen Schneideinsatzes 610 zwei radiale Schneidfreiflächen 623a, 623b, zwei konische bzw. zylindrische Schneidfreiflächen 624a, 624b und zwei axiale Schneidfreiflächen 625a, 625b umfasst. Wie der zylindrische Schneideinsatz 510 in 19 weist der in 21 dargestellte zylindrische Schneideinsatz 610 ein weitgehend kegelförmiges bzw. konisches Profil auf und umfasst vier identische und indizierbare Schneidzähne 611, 612, 613 und 614, die rotationssymmetrisch um die Mittelachse 615 der Befestigungsbohrung 616 angeordnet sind. Jeder Schneidzahn 611 weist eine Hauptschneidkante 631, eine gebogene Schneidkante 632, eine gerade Schneidkante (bzw. Planschneide) 633 und eine Eintauchschneidkante 634 auf, die sich alle an der oberen Fläche 621 des Schneidzahns 611 befinden. Jeder Schneidzahn 611 umfasst eine obere Fläche 621, eine untere Fläche 622, eine ebene radiale Freifläche 623a, die sich von der Hauptschneidkante 631 erstreckt, und eine zylindrische Freifläche 623b, bei der es sich um einen Teilbereich des ursprünglichen kegelförmigen zylindrischen Umfangs des zylindrischen Schneideinsatzes 610 handelt, eine konische (bzw. zylindrische) Freifläche 624a und eine zweite konische (bzw. zylindrische) Freifläche 624b, und eine axiale Freifläche 625a und eine zweite axiale Freifläche 625b und eine Eintauchfreifläche 629 (am Schneidzahn 614 in 21(a), (da am Schneidzahn 611 nicht sichtbar).
Des Weiteren betreffen bestimmte nicht einschränkende Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung der Erfindung prismatische und zylindrische Schneideinsätze und zugehörige Werkzeughalter für Fräsvorgänge. Es versteht sich jedoch, dass Einsätze und Werkzeughalter innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Offenbarung der Erfindung in Formen verkörpert und in Endanwendungen eingesetzt werden können, die hierin nicht speziell und ausdrücklich beschrieben sind. Beispielsweise wird dem Fachmann klar sein, dass Ausführungen innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Offenbarung und der nachfolgenden Ansprüche als prismatische und zylindrische Schneideinsätze und/oder Werkzeughalter hergestellt werden können, die an andere Verfahren zum Abtragen von Metall von allen Arten von Werkstoffen angepasst sind.
Es versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung diejenigen Aspekte der Erfindung veranschaulicht, die für das eindeutige Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind. Bestimmte Aspekte, die dem Fachmann klar sein dürften und daher nicht zum besseren Verständnis der Erfindung beitragen würden, wurden zur Vereinfachung der vorliegenden Beschreibung nicht dargelegt. Obwohl hierin notwendigerweise nur eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, wird der Fachmann nach Lektüre der vorstehenden Beschreibung erkennen, dass viele Abänderungen und Variationen der Erfindung umgesetzt werden können. Alle derartigen Variationen und Abänderungen der Erfindung sind als in den Geltungsbereich der folgenden Ansprüche fallend anzusehen.

Claims

Prismatischer und zylindrischer Schneideinsatz, umfassend: eine Vielzahl von mindestens drei Schneidzähnen, wobei jeder Schneidzahn umfasst: eine obere Fläche; eine radiale Freifläche; eine axiale Freifläche; eine konische Freifläche; eine lange Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit der radialen Freifläche; eine Schneidenecken-Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit der konischen Freifläche; und eine gerade Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit der axialen Freifläche.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Schneidzähnen rotationssymmetrisch um eine Mittelachse einer mittig angeordneten Gewindebohrung angeordnet ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, wobei eine Anzahl von Schneidzähnen zwischen drei und zwanzig beträgt.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, wobei die obere Fläche in Form einer ebenen Oberfläche, einer ebenen Oberfläche mit einem axialen Spanwinkel und einem radialen Spanwinkel, einer Spanleitstufe, eines Spanbrechers oder einer Kombination davon vorliegt.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, wobei sich an mindestens einem Schneidzahn keine gerade Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten axialen Freifläche befindet.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Schneidzahn eine integrierte harte Werkzeugspitze umfasst.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Schneidzahn ferner eine Eintauchschneidkante umfasst.
Werkzeughalter, umfassend: eine Einsatzaufnahmetasche, die um einen Umfang des Werkzeughalters eingebaut ist und eine untere Sitzfläche, eine radiale Sitzfläche und eine Umfangssitzfläche umfasst; und einen prismatischen und zylindrischen Schneideinsatz, der in der Einsatzaufnahmetasche befestigt ist, wobei der Schneideinsatz eine Vielzahl von mindestens drei Schneidzähnen umfasst, wobei jeder Schneidzahn eine obere Fläche, eine radiale Freifläche, eine axiale Freifläche und eine konische Freifläche, eine lange Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit der radialen Freifläche, eine Schneidenecken-Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit der konischen Freifläche und eine gerade Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit der axialen Freifläche umfasst.
Werkzeughalter nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Schneidzähnen rotationssymmetrisch um eine Mittelachse einer mittig angeordneten Gewindebohrung angeordnet ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 8, wobei eine Anzahl von Schneidzähnen zwischen drei und zwanzig beträgt.
Werkzeughalter nach Anspruch 8, wobei die obere Fläche in Form einer ebenen Oberfläche, einer ebenen Oberfläche mit einem axialen Spanwinkel und einem radialen Spanwinkel, einer Spanleitstufe, eines Spanbrechers und einer geometrischen Kombination aus einer ebenen Oberfläche oder einer Spanleitstufe und einem Spannbrecher vorliegt.
Werkzeughalter nach Anspruch 8, wobei sich an einem Schneidzahn keine gerade Schneidkante am Schnittpunkt der oberen Fläche mit der ersten axialen Freifläche befindet.
Werkzeughalter nach Anspruch 8, wobei ein Schneidzahn eine integrierte harte Werkzeugspitze umfasst.
Zylindrischer Schneideinsatz, umfassend: eine Vielzahl von mindestens drei positiven Schneidzähnen, wobei jeder Schneidzahn umfasst: eine obere Fläche; eine untere Fläche; zwei radiale Freiflächen; zwei axiale Freiflächen; zwei konische Freiflächen; eine Hauptschneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit einer der beiden radialen Freiflächen; eine Schneidenecken-Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit einer der beiden konischen Freiflächen; eine gerade Schneidkante an einem Schnittpunkt der oberen Fläche mit einer der beiden axialen Freiflächen; und eine Eintauchschneidkante.
Schneideinsatz nach Anspruch 14, wobei eine der beiden axialen Freiflächen eine zylindrische Fläche ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl von Schneidzähnen rotationssymmetrisch um eine Mittelachse einer mittig angeordneten Gewindebohrung angeordnet ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 14, wobei die obere Fläche in Form einer ebenen Oberfläche, einer ebenen Oberfläche mit einem axialen Spanwinkel und einem radialen Spanwinkel, einer Spanleitstufe, eines Spanbrechers und einer geometrischen Kombination aus einer ebenen Oberfläche oder einer Spanleitstufe und einem Spannbrecher vorliegt.
Schneideinsatz nach Anspruch 14, wobei ein Schneidzahn eine integrierte harte Werkzeugspitze umfasst.