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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schneidwerkzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Schneidwerkzeug mit einer Sprühhaube, die eine zylindrische Behälterinnenfläche, eine zylindrische Kühlkanalaußenfläche und mehrere Kühlkanäle, die sich von der zylindrischen Behälterinnenfläche zur zylindrischen Kühlkanalaußenfläche radial nach außen erstrecken, aufweist. Die Sprühhaube der Erfindung stellt eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittelstroms in die Nähe der am Schneidwerkzeug befestigten Schneideinsätze bereit.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Fräsen für Fräsvorgänge sind gut bekannt. Solche Fräsen umfassen in der Regel einen Schneidkörper, bei dem es sich um einen allgemein kreisförmigen Ring handelt, der eine Vielzahl von Taschen in einem Außenumfang davon aufweist. In jeder Tasche wird ein Schneideinsatz befestigt. Jeder Schneideinsatz umfasst einen Körper und mindestens eine Schneidkante. Der Körper wird direkt in der Tasche oder an einem Einsatz, der in der Tasche befestigt ist, befestigt.
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In der Vergangenheit war es üblich, Schneidfluid in die Nähe der Schneideinsätze des Schneidwerkzeugs durch Leitungen zu befördern, die in den Körper des Schneidwerkzeugs gebohrt sind. Abgesehen von der Schwierigkeit der Herstellung sind solche Systeme auch anfällig für das Verstopfen der gebohrten Kanäle und für unterschiedliche Verteilung des Schneidfluids, wenn die Leitungen nicht sorgfältig ausgebildet und hergestellt sowie gewartet werden.
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Dementsprechend besteht im Stand der Technik ein Bedarf an einem verbesserten Schneidwerkzeug für Hochgeschwindigkeitsfräsvorgänge, bei denen eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittelstroms in die Nähe der Schneideinsätze bereitgestellt wird.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Das Problem der Bereitstellung einer gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittelstroms in die Nähe der an dem Schneidkörper befestigten Schneideinsätze wird gelöst, indem eine Sprühhaube mit einer „Speichen“-Anordnung von Kühlkanälen, die Kühlmittel von einem zentralen Behälter durch die Kühlkanäle in die Nähe der Schneideinsätze leiten, bereitgestellt wird.
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In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Schneidwerkzeug einen Schneidkörper mit mindestens einer Einsatzaufnahmetasche, die fortlaufend auf der äußeren Umfangsfläche des Schneidkörpers gebildet ist. In der mindestens einen Einsatzaufnahmetasche wird ein Schneideinsatz befestigt. Eine Sprühhaube ist lösbar an dem Schneidkörper befestigt. Die Sprühhaube weist eine zylindrische Behälterinnenfläche, eine zylindrische Kühlkanalaußenfläche, die radial nach außen von der zylindrischen Behälterinnenfläche beabstandet ist, und mindestens einen Kühlkanal, der sich von der zylindrischen Behälterinnenfläche zu der zylindrischen Kühlkanalaußenfläche radial nach außen erstreckt, auf. Der mindestens eine Kühlkanal steht mit einer in der zylindrischen Behälterinnenfläche gebildeten Einlassöffnung und mit einer in der zylindrischen Kühlkanalaußenfläche gebildeten Auslassöffnung in Fluidverbindung, wobei Kühlmittel von der zylindrischen Behälterinnenfläche durch den mindestens einen Kühlkanal radial nach außen in die Nähe des Schneideinsatzes geleitet wird.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Sprühhaube für ein Schneidwerkzeug eine zylindrische Behälterinnenfläche, eine zylindrische Kühlkanalaußenfläche, die radial nach außen von der zylindrischen Behälterinnenfläche beabstandet ist, und mindestens einen Kühlkanal, der sich von der zylindrischen Behälterinnenfläche zu der zylindrischen Kühlkanalaußenfläche radial nach außen erstreckt, auf. Der mindestens eine Kühlkanal steht mit einer in der zylindrischen Behälterinnenfläche gebildeten Einlassöffnung und mit einer in der zylindrischen Kühlkanalaußenfläche gebildeten Auslassöffnung derart in Fluidverbindung, dass Kühlmittel von der zylindrischen Behälterinnenfläche durch den mindestens einen Kühlkanal radial nach außen in die Nähe des in einer Einsatzaufnahmetasche des Schneidwerkzeugs befestigten Schneideinsatzes geleitet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wenngleich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht werden, sollen die konkret dargestellten Ausführungsformen nicht als eine Beschränkung der Patentansprüche ausgelegt werden. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen.
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1 ist eine isometrische Ansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Sprühhaube der Übersichtlichkeit halber entfernt wurde;
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2 ist eine Draufsicht der Fräse von 1;
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3 ist eine isometrische Ansicht eines Schneidwerkzeugs mit der Sprühhaube gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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4 ist eine Draufsicht der Fräse von 3;
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5 ist eine Querschnittansicht durch die Mitte der Fräse mit der Sprühhaube entlang der Linie 5-5 von 4;
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6 ist eine Draufsicht der Sprühhaube gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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7 ist eine Querschnittansicht durch die Mitte der Sprühhaube entlang der Linie 7-7 von 6; und
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8 ist eine isometrische Querschnittansicht durch die Mitte der Sprühhaube entlang der Linie 7-7 von 6.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf 1–5, in denen gleiche Bezugszeichen über alle der mehreren Figuren hinweg gleiche Bauteile bezeichnen, ist dort ein Schneidwerkzeug, allgemein bei 10 gezeigt, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Schneidwerkzeug 10 eine Fräse. Die Fräse 10 besteht im Wesentlichen aus einem Schneidkörper 12 und einer Sprühhaube 14, die in der Mitte des Schneidkörpers 12 vorgesehen ist, um Kühlmittel effizient von einer Spindel zu einem (nicht gezeigten) Maschinenwerkzeug über den Schneidkörper 12 zu leiten, um durch das Fräsen eines Werkstücks hergestellte Späne von der Mitte der Fräse 10 wegzuspülen.
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Wie in 2 veranschaulicht, weist der Schneidkörper 12 ein mittleres Bohrloch 12a mit großem Durchmesser auf, das an einem passenden Zapfen auf einem (nicht gezeigten) drehbaren Anschlussstück angebracht ist und an einer (nicht gezeigten) geeigneten Maschinenwerkzeugspindel befestigt ist. Das Bohrloch 12a ist um eine Rotationsachse 16 der Fräse 10 angeordnet, die mit der Rotationsachse der Fräsmaschine, an der die Fräse 10 befestigt ist, zusammenfällt. Der Schneidkörper 12 kann auch ein oder mehrere (in der veranschaulichten Ausführungsform vier) Bolzenlöcher 12b aufweisen, die zur Achse 16 konzentrisch sind und in abgewinkelten Intervallen um das mittlere Bohrloch 12a herum beabstandet sind. Der Schneidkörper 12 kann ferner mit einem (nicht gezeigten) Keil oder einer (nicht gezeigten) Keilnut versehen sein, der/die mit der Spindel ineinander greift, um die Übertragung von Drehmoment von der Fräsmaschine zu der Fräse 10 zu unterstützen. Der Schneidkörper 12 weist auch mehrere Einsatzaufnahmetaschen 12c auf, die fortlaufend auf der äußeren Umfangsfläche des Schneidkörpers 12 gebildet sind. Jede der Taschen 12c hat eine vorgegebene Größe.
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Schneideinsätze 18, die beispielsweise aus Schnellstahl, Pulvermetall, Carbiden oder Keramik hergestellt sind, werden jeweils fortlaufend ohne Unterbrechung oder Lücken dazwischen in den Taschen 12c gehalten. Jeder Schneideinsatz 18 besteht aus einem Körper 18a und einer oder mehreren Schneidkanten 18b. Die Schneidkanten können beispielsweise mit polykristallinem Diamant (PKD), kubischem Bornitrat (KBN) oder einem anderen Material bestückt sein, das dazu geeignet ist, Material von einem Werkstück zu entfernen. Die Schneideinsätze 18 werden in einem festen Verhältnis zu den Taschen 12c gehalten. Dies kann auf jede beliebige geeignete Weise erfolgen. Beispielsweise erstreckt sich eine Klemmschraube 18c durch das Loch im Schneideinsatzkörper 18a und weiter in ein (nicht gezeigtes) Loch im Schneidkörper 12. Die Schneideinsätze 18 sind vorzugsweise in Bezug auf den Schneidkörper 12 einstellbar. Dies kann auf jede beliebige geeignete im Stand der Technik bekannte Weise erfolgen.
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Wie in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, können die Schneideinsätze 18 isometrisch und/oder tangential innerhalb der Taschen 12c des Schneidkörpers 12 befestigt sein. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Anzahl der am Schneidkörper 12 befestigten Schneideinsätze 18 beschränkt ist und dass die Prinzipien der Erfindung auf einen Schneidkörper 12 angewendet werden können, bei dem jede gewünschte Anzahl von Schneideinsätzen 18 isometrisch und/oder tangential daran befestigt sein kann.
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Der Schneidkörper 12 weist auch ein oder mehrere mit einem Gewinde versehene Bolzenlöcher 12d auf, die mit einem Gewinde versehene Bolzen 20 aufnehmen können, um die Sprühhaube 14 am Schneidkörper 12 zu befestigen. In der veranschaulichten Ausführungsform weist der Schneidkörper 12 zwei Bolzenlöcher 12d auf, die symmetrisch um das Bohrloch 12a herum angeordnet sind. Beispielsweise weist die veranschaulichte Ausführungsform zwei Bolzenlöcher 12d auf, die an gegenüberliegenden Seiten des Bohrlochs 12a angeordnet sind. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die Anzahl an Bolzenlöchern 12d beschränkt ist und dass die Erfindung mit einer unterschiedlichen Anzahl an Bolzenlöchern 12d, die symmetrisch um das Bohrloch 12a herum angeordnet sind, praktisch umgesetzt werden kann.
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Wie in 5 gezeigt, weist der Schneidkörper 12 auch eine vertiefte Oberfläche 22 in der Fläche 12e des Schneidkörpers 12 auf. Die vertiefte Oberfläche 22 weist eine untere Oberfläche 22a, einen Vorsprung 22b, der sich von der unteren Oberfläche 22a nach oben (in die Richtung der Rotationsachse 16 oder x-Achse) erstreckt, eine ebene Oberfläche 22c, die sich von dem Vorsprung 22b radial nach außen erstreckt, eine verjüngte innere Ringoberfläche 22d, die sich von der ebenen Oberfläche 22c radial nach außen erstreckt, und eine verjüngte äußere Ringoberfläche 22e, die sich von der verjüngten inneren Ringoberfläche 22d radial nach außen erstreckt, auf. Die untere Oberfläche 22a, der Vorsprung 22b, die ebene Oberfläche 22c, die verjüngte innere Ringoberfläche 22d und die verjüngte äußere Ringoberfläche 22e sind konzentrisch um das Bohrloch 12a herum angeordnet.
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In der veranschaulichten Ausführungsform ist die ebene Oberfläche 22c im Wesentlichen parallel zu einer Ebene 24, die im Wesentlichen parallel zur unteren Oberfläche 22a ist. Jedoch ist die verjüngte innere Ringoberfläche 22d in einem ersten Winkel 26 in Bezug auf die Ebene 24 ausgebildet und die verjüngte äußere Ringoberfläche 22e ist in einem zweiten Winkel 28 in Bezug auf die Ebene 24 ausgebildet. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der erste Winkel 26 größer als der zweite Winkel 28. Beispielsweise kann der erste Winkel 26 in einem Bereich zwischen etwa vierzig (40) Grad und etwa achtzig (80) Grad liegen, während der zweite Winkel 28 in einem Bereich zwischen etwa fünfzehn (15) Grad und etwa dreißig (30) Grad liegen kann.
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Wie in den 6–8 veranschaulicht, hat die Sprühhaube 14 allgemein eine kreisförmige Gestalt und ist vorzugsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, aus einem Nicht-Werkzeugstahl wie etwa Aluminium, Titan und dergleichen hergestellt, um ein leichtes Gewicht aufzuweisen. Die Sprühhaube 14 weist eine allgemein ebene Außenoberfläche 14a, eine allgemein ebene Innenoberfläche 14b gegenüber der Außenoberfläche 14a, eine allgemein zylindrische Behälterinnenfläche 14c, eine allgemein zylindrische Kühlkanalaußenfläche 14d, die von der allgemein zylindrischen Behälterinnenfläche (14c) radial nach außen beabstandet ist, und eine verjüngte Außenoberfläche 14e, die sich von der zylindrischen Kühlkanalaußenfläche 14d zur ebenen Außenfläche 14a erstreckt, auf. Die allgemein zylindrische Behälterinnenfläche 14c, die allgemein zylindrische Kühlkanalaußenfläche 14d und die verjüngte Außenfläche 14e sind konzentrisch um eine mittlere Achse 30 der Sprühhaube 14 angeordnet.
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Nun wieder unter Bezugnahme auf 5 ist die zylindrische Kühlkanalaußenfläche 14d der Sprühhaube 14 dazu ausgelegt, in einem beabstandeten Verhältnis zu der verjüngten inneren Ringoberfläche 22d der vertieften Oberfläche 22 des Schneidkörpers 12 angeordnet zu sein. Auf ähnliche Weise ist die verjüngte Außenoberfläche 14e der Sprühhaube 14 dazu ausgelegt, in einem beabstandeten Verhältnis zu der verjüngten äußeren Ringoberfläche 22e der vertieften Oberfläche 22 des Schneidkörpers 12 angeordnet zu sein. Dieses beabstandete Verhältnis zwischen dem Schneidkörper 12 und der Sprühhaube 14 bildet einen Kanal 32, durch den Kühlmittel, wie etwa Fluid und dergleichen, von der Spindel einer (nicht gezeigten) Fräsmaschine in die Nähe der Schneideinsätze 18 geleitet wird. Wie in 5 deutlich veranschaulicht, ist der Kanal 32 verjüngt, um in der Nähe der Schneideinsätze 18 zusammen mit einem Hochdruckbereich einen Lufttrichter zu bilden.
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Nun wieder unter Bezugnahme auf 6–8 weist die Sprühhaube 14 vorzugsweise ein oder mehrere angesenkte Bolzenlöcher 14f auf. Die Bolzenlöcher 14f sind konzentrisch zur Rotationsachse 16 der Fräse 10 und in abgewinkelten Intervallen um diese herum beabstandet. Die Sprühhaube 14 ist mittels der Bolzen 20, die durch die Bolzenlöcher 14f in der Sprühhaube 14 hindurchgehen und in die mit Gewinde versehenen Bolzenlöcher 12d im Schneidkörper 12 geschraubt sind, am Schneidkörper 12 befestigt. Darüber hinaus erstreckt sich die allgemein zylindrische Behälterinnenfläche 14c der Sprühhaube 14 über die untere Oberfläche 14b der Sprühhaube 14 hinaus. Die zylindrische Behälterinnenfläche 14c weist einen Durchmesser auf, der etwas kleiner ist als der Durchmesser des Vorsprungs 22b, der sich von der unteren Oberfläche 22a der vertieften Oberfläche 22 des Schneidkörpers 12 nach oben erstreckt und dabei als Zapfen agiert, um die Sprühhaube 14 in Bezug auf den Schneidkörper 12 richtig anzuordnen, wie in 5 veranschaulicht.
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Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Sprühhaube 14 mehrere Kühlkanäle 36 aufweist, die sich von der zylindrischen Behälterinnenfläche 14c zu der zylindrischen Kühlkanalaußenfläche 14d radial nach außen erstrecken. Anders ausgedrückt, sind die mehreren Kanäle 36 zwischen der ebenen Außenoberfläche 14a und der ebenen Innenoberfläche 14b angeordnet. Im Allgemeinen bilden die zylindrische Behälterinnenfläche 14c und die mehreren Kühlkanäle 36 eine „Speichen“-Anordnung, in der das Kühlmittel von der zylindrischen Behälterinnenfläche 14c, die als ein zentraler Behälter agiert, durch die Kühlkanäle 36 radial nach außen in die Nähe der Schneideinsätze 18 geleitet wird.
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In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Sprühhaube 14 insgesamt zwölf (12) Kühlkanäle 36 auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Beispielsweise sind die Kühlkanäle 36 in der veranschaulichten Ausführungsform gleichmäßig in einem Winkel 38 von etwa dreißig (30) Grad in Bezug aufeinander beabstandet, sodass eine imaginäre Linie entlang der mittleren Achse jedes Kühlkanals 36 die mittlere Achse 30 der Sprühhaube 14 schneidet, wie in 6 gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung mit Kühlkanälen 36 praktisch umgesetzt werden kann, die nicht gleichmäßig voneinander beabstandet sind, vorausgesetzt, dass in der Nähe der Schneideinsätze 18 ausreichend Kühlmittel bereitgestellt wird.
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In der veranschaulichten Ausführungsform weisen die Kühlkanäle 36 im Querschnitt allgemein eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmesser 36a auf, wie in 7 gezeigt. Es wurde festgestellt, dass der Durchmesser 36a jedes Kühlkanals 36 vom Durchmesser der Sprühhaube 14, die zur geeigneten Zuführung von Kühlmittel in die Nähe der Schneideinsätze 18 dient, abhängig ist. Beispielsweise kann der Durchmesser 36a des Kühlkanals 36 bei einer Sprühhaube 14 mit einem Durchmesser von etwa 200 mm (7,874 Inch) etwa 6,0 mm (0,235 Inch) betragen. In einem anderen Beispiel kann der Durchmesser 36a des Kühlkanals 36, bei einer Sprühhaube 14 mit einem Durchmesser von etwa 121 mm (4,764 Inch), etwa 3 mm (0,118 Inch) betragen. Die Kühlkanäle 36 sind allgemein kreisförmig, um eine leichtere Herstellung der Kühlkanäle 36 zu ermöglichen. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die Erfindung nicht auf die Querschnittsform der Kühlkanäle 36 beschränkt ist und dass die Erfindung mit jeder beliebigen erwünschten Querschnittsform praktisch umgesetzt werden kann, die eine ausreichende Menge an Kühlmittel in der Nähe der Schneideinsätze 18 bereitstellt. Beispielsweise können die Kühlkanäle 36 im Querschnitt oval oder elliptisch und dergleichen sein.
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Jeder Kühlkanal 36 steht mit einer in der zylindrischen Behälterinnenfläche 14c gebildeten Einlassöffnung 40 und einer in der zylindrischen Kühlkanalaußenfläche 14d gebildeten Auslassöffnung 42 in Fluidverbindung. In der veranschaulichten Ausführungsform weisen die Einlassöffnung 40 und die Auslassöffnung 42 die gleiche Querschnittsform wie der entsprechende Kühlkanal 36 auf, d. h. eine im Querschnitt kreisförmige Gestalt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung praktisch umgesetzt werden kann, wenn die Einlassöffnung 40 und die Auslassöffnung 42 die gleiche Querschnittsform wie der entsprechende Kühlkanal 36 oder eine andere Querschnittsform als der entsprechende Kühlkanal 36 aufweisen.
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Es wurde festgestellt, dass die verjüngte Außenoberfläche 14e der Sprühhaube 14 bewirkt, dass aus der Auslassöffnung 42 austretendes Kühlmittel als eine Düse agiert, die eine gleichmäßige Verteilung und einen gleichmäßigen Strom des Kühlmittels in der Nähe der Schneideinsätze 18 bereitstellt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die zylindrische Behälterinnenfläche 14c der Sprühhaube 14 als Kühlmittelbehälter agiert, der ebenfalls zur gleichmäßigen Verteilung und zum gleichmäßigen Strom des Kühlmittels in der Nähe der Schneideinsätze 18 beiträgt.
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Die Patente und Veröffentlichungen, auf die in diesem Dokument Bezug genommen wird, werden hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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Obwohl derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, kann die Erfindung innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Patentansprüche auch anderweitig ausgeführt werden.
