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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Schneidwerkzeug zur spanabhebenden
Werkzeug-, insbesondere Metallbearbeitung, mit einem in eine Ausnehmung
eines Werkzeugschaftes einsetzbaren und durch eine Klemmpratze darin
festgelegten Schneidkörper
in Form etwa eines Prismas, wobei jede Klemmpratze durch den konischen
Kopf einer Spannkegelschraube gebildet ist, die in eine schräg nach hinten
in den Werkzeugschaft gerichtete Gewindebohrung einschraubbar ist.
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Derartige
Schneidwerkzeuge sind bereits in den unterschiedlichsten Ausführungsformen
bekanntgeworden, wobei neben Ausführungen, bei denen der Schneidkörper mit
einer durchgehenden Ausnehmung für
das Spannmittel versehen ist, auch vielfältige Schneidwerkzeuge vorgeschlagen
worden sind, bei denen eine im wesentlichen senkrecht zur Richtung
der Spanfläche
in den Werkzeugschaft einschraubbare Spannschraube eine Spannpratze
von oben auf die gleichzeitig als Spannfläche dienende oder mit einer
Spannnut versehene Spanfläche drückt (man
vergleiche beispielsweise die
DE 30 37 576 C2 ).
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Alle
diese bekannten Schneidwerkzeuge benötigen eine Mindestgröße des Werkzeugschaftes, der
beispielsweise bei einer Ausbildung als Bohrstange einen Durchmesser
von 6 mm nicht unterschreiten kann, da ansonsten die den Werkzeugschaft
durchsetzenden Spannmittel nicht mehr verankert werden können, da
die notwendigen Gewindebohrungen und Ausnehmungen den Schaft zu stark
schwächen
würden.
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Ein
Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art ist aus
DE 36 02 427 A1 oder
US 3,673,657 bekannt. Ferner
ist aus
DE 75 25 495
U1 ein Schneidwerkzeug mit einer in einer Lagerausnehmung
eines Halterschafts mittels einer Spannschraube gehalterten Schneidplatte
bekannt. Diese Schneidplatte wird durch eine senkrecht eingeschraubte
Schraube gehalten, die auf der flachen Oberfläche einer kreissegmentartigen
Ausnehmung des Schneidelements angreift und damit die Spannkraft
erzeugt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß unter Aufrechterhaltung einer
genügenden
Stabilität
und einer ausreichenden Spannkraft für den Schneidkörper extrem kleine
Werkzeugschaftdurchmesser realisierbar sind und darüber hinaus
die Schneidkörper
auch äußerst exakt
positionierbar sind.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß der
konische Kopf in eine zylindermantelförmige Spannnut in einer Spanfläche des
Schneidkörpers
eingreift, wobei die Spannnut mit der Hauptschnittdruckabstützfläche einen
sich nach vorne entgegen der Rückdruckabstützfläche öffnenden
Winkel zwischen 0° und
10°, vorzugsweise
zwischen 4° und
10°, bildet.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung verläuft die
Gewindebohrung nicht mehr quer zur Längsachse des Werkzeugschaftes
durch diesen hindurch, sondern erstreckt sich unter einem wesentlich
spitzeren Winkel zur Werkzeugschaftlängsachse verlaufend in das
Innere des Werkzeugschaftes, so daß auf diese Art und Weise eine
wesentlich geringere Beeinträchtigung
der Festigkeit des Werkzeugschaftes durch die Gewindebohrung bedingt
ist. Dies wiederum ermöglicht
es, solche Schneidwerkzeuge noch erheblich kleiner auszubilden,
als dies mit den bisher bekannten Konstruktionen der Fall war.
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Dabei
soll die Spannnut mit der Hauptschnittdruckabstützfläche einen sich nach vorne entgegen der
Rückdruckabstützfläche öffnenden
Winkel zwischen 0° und
10°, vorzugsweise
zwischen 4° und 10°, bilden.
Durch diese Ausbildung ist einerseits die Selbsthemmung gegeben
und zum anderen führt eine
Vergrößerung des
Schnittdruckes zu einer erhöhten
Klemmkraft, da der Schneidkörper
dadurch in den Keil zwischen Hauptschnittdruckabstützfläche und
der an der Spannnut anlegenden Mantelfläche des Kopfs der Spannkegelschraube
unter Erhöhung der
Spannkraft eingedrückt
wird. Dies gilt unter Berücksichtigung
der vorhandenen Elastizitäten
und geringen Toleranzen beim Einlegen, selbst wenn man davon ausgeht,
daß der
Schneidkörper
an der Rückdruckabstützfläche anliegt.
Durch Verformung der Rückdruckabstützfläche und/oder
der daran anliegenden Fläche des
Schneidkörpers
ergeben sich, wenn auch sehr kleine, Wege, die im Sinne der vorstehenden
Spannkrafterhöhung
wirksam werden können.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, daß der Schneidkörper die
Form einer Wendeplatte mit zwei einander diametral gegenüberliegenden
Schneidkanten und entlang einer der beiden anderen Längskanten
aneinanderstoßenden
Spanflächen
aufweist, wobei die Spanflächen
bezüglich
der Längsmittelebene
des Schneidwerkzeugs seitlich versetzt sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Mittelebene
des Kopfes der Kegelspannschraube gegenüber der Mittelebene der einen
etwas größeren Krümmungsradius als
der Kopf der Spannkegelschraube aufweisenden Spannnut versetzt ist.
Diese Versetzung ist bei Vorsehen einer Rückanlagefläche, an der die eine Stirnseite
des Schneidkörpers
anliegt, in Richtung zur Rückanlagefläche vorgesehen,
so daß beim
Einschrauben der Spannkegelschraube infolge dieser Versetzung eine
zusätzliche
Kraftkomponente auf den Schneidkörper
ausgeübt
wird, die ihn an die Rückanlagefläche andrückt und
somit eine exakte Positionierung in der Ausnehmung des Werkzeugschaftes
gewährleistet.
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In
entsprechender Weise kann eine solche Versetzung der Achse der Spannkegelschraube
gegenüber
der Mittelachse der Spannnut aber auch zu einer Verschiebepositionierung
und damit zur exakten Einstellung des Schneidkörpers für einen Senker, Fräser oder
ein Reibwerkzeug verwendet werden, indem zwei beabstandete Spannkegelschrauben
vorgesehen sind, deren Achsabstand etwas größer ist als der Abstand der
Mittelebenen der beiden Spannnuten. Durch das differenzierte Einschrauben
der beiden Spannkegelschrauben läßt sich
im Zehntelmillimeterbereich und damit ausreichend für die exakte
Lagepositionierung des Schneidkörpers
eine Verschiebung des Schneidkörpers
in seiner Längsachse
bewirken, wobei er in seiner Klemmposition sowohl in der einen als
auch der anderen Längsverschieberichtung
fest gehaltert ist.
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Um
den Schneidkörper
auch senkrecht zur Hauptschnittdruckabstützfläche justiert bewegen und festlegen
zu können,
können
gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung zwei beabstandete, unter
einem wesentlich steileren Winkel als die Spannkegelschrauben am
Schneidkörper
anliegende Einstellkegelschrauben vorgesehen sein, wobei die Spannnuten
der Einstellkegelschrauben mit der Hauptschnittdruckabstützfläche einen
erheblich oberhalb der Selbsthemmung liegenden Winkel >10° bilden sollen. Durch diese
Einstellkegelschrauben läßt sich – beispielsweise
bei einem Schneidwerkzeug zur Reibbearbeitung – nicht nur der Durchmesser
exakt einsellen, sondern auch eine Freistellung des einen Endes
des Schneidkörpers
von etwa 0,005 bis 0,01 mm sehr exakt und positionsgenau erreichen.
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Schließlich liegt
es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß die Spannflächen, entsprechend der
eingangs bereits angesprochenen Patentschrift
DE 30 37 576 C2 , jeweils
mit der gegenüberliegenden
Hauptschnittdruckabstützfläche einen
sich zur Rückdruckabstützfläche öffnenden
spitzen Winkel bilden. Diese Ausbildung hat den zusätzlichen
Vorteil, daß sich
die Schneidkörper
für ein
erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug
auch bei den in großem Umfang
auf dem Markt befindlichen Werkzeugschäften und Spannhalterungen verwenden
lassen, wie sie beispielsweise in der vorstehend beschriebenen deutschen
Patentschrift Verwendung finden. Dies ermöglicht es, die neuen Schneideinsätze nicht
nur in Verbindung mit ihren speziell ausgebildeten Werkzeugschäften, sondern
auch mit den bisher vorhandenen Schneidwerkzeugen zu verwenden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgebildete
Bohrstange,
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2 einen
Schnitt längs
der Linie II-II in 1,
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3 eine
Stirnansicht der Bohrstange der Pfeils III in 2,
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4 einen
vergrößerten Schnitt
längs der Linie
IV-IV in 2,
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5 eine
vergrößerte Draufsicht
auf den beim Schneidwerkzeug nach den 1 bis 4 verwendeten
Schneidkörper,
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6 einen
Schnitt längs
der Linie VI-VI in 5,
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7 einen
Schnitt längs
der Linie VII-VII in 5,
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8 einen
der 2 entsprechenden Schnitt, in den die verschiedenen
sich beim Spannen und der Schnittdruckbelastung einstellenden Kraftkomponenten
mit eingezeichnet sind,
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9 ein
Ausführungsbeispiel
einer Bohrstange mit extrem geneigt in den Werkzeugschacht eingreifender
Spannkegelschraube,
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10 eine
Draufsicht auf ein Senkwerkzeug mit zwei Spannkegelschrauben,
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11 einen
vergrößerten,
lagemäßig der Schnittebene
IV-IV in 2 entsprechenden Schnitt durch
das Senkwerkzeug nach 10,
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12 eine
Ansicht des Kopfs eines Fräswerkzeugs
mit zwei Spannkegelschrauben,
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13 einen
Schnitt längs
der Linie XIII-XIII in 12,
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14 einen
der 13 entsprechenden Schnitt durch einen Fräser mit
zwei Schneiden,
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15 eine
Aufsicht auf den Kopf eines Reibwerkzeugs,
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16 einen
Schnitt längs
der Linie XVI-XVI in 15 am Ort einer Einstellkegelschraube,
und
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17 einen
Schnitt längs
der Linie XVII-XVII in 15 durch eine Spannkegelschraube.
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Der
Werkzeugschaft 1 der in den 1 bis 4 gezeigten
Bohrstange ist mit einer dreiseitig offenen Ausnehmung 2 für einen
Schneidkörper 3 versehen,
der seinerseits die Form eines im dargestellten Ausführungsbeispiel
unregelmäßigen Parallelogramms
im Querschnitt aufweist. Es könnte
aber auch ein Schneidkörper
verwendet werden, dessen Querschnitt die Form eines gleichmäßigen Parallelogramms
aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
bildet der Schneidkörper 3 eine
Wendeplatte mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Schneidkanten 4 und 5 und
entlang einer der beiden anderen Längskanten 6 aneinanderstoßenden Spanflächen 7 und 8.
Die Spanflächen 7 und 8 bilden
dabei jeweils mit der gegenüberliegenden
Hauptschnittdruckabstützfläche 9, 10 einen
sich zur Rückdruckabstützfläche 11 der
Ausnehmung 2 des Werkzeugschafts 1 öffnenden
spitzen Winkel (Winkel α, siehe
z. B. 6).
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Zur
Spannung des Schneidkörpers 3 beim Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 7 dient eine
Spannkegelschraube 12, deren Gewindeschaft 13 in
eine schräg
nach hinten in den Werkzeugschaft 1 gerichtete Gewindebohrung 14 einschraubbar
ist, wobei der konische Kopf 15 der Spannkegelschraube
in eine zylindermantelförmige
Spannnut 17 bzw. 18 des Schneidkörpers 3 eingreift.
Je nachdem, welche der Schneiden 4 und 5 in Arbeitsposition
ist, greift der Kopf 15 der Spannkegelschraube entweder in
die Spannnut 17 oder die Spannnut 18 ein.
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Die
Ausbildung ist dabei so getroffen, daß in der Position, in der die
Anlagestirnfläche 19 des Schneidkörpers 3 an
der Rückanlagefläche 20 der Ausnehmung 2 anliegt,
die Längsmittelebene 21 des Kopfes 15 der
Spannkegelschraube 12 gegenüber der Längsmittelebene 22 der
Spannnut 17, 18, die vorzugsweise einen etwas
größeren Radius
R1 aufweist als der Radius R2 des Kopfes 15, um einen Betrag
in der Größe von etwa
0,1 mm in Richtung auf die Rückanlagefläche 20 versetzt
ist. Dies bedeutet, daß beim
Anziehen der Spannkegelschraube über diesen
Versatz eine zusätzliche
Spannkraft entsteht, die den Schneidkörper 3 in 4 nach
links gegen die Anlagefläche 20 verspannt.
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Anhand
der 8 und 9 erkennt man schematisch die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs.
Angestrebt wird immer, daß die
aus der aus der Hauptschnittdruckkraft F2 und
der Rückdruckkraft
F1 resultierende Spannkraft FR diagonal über den
Schneidkörperquerschnitt
in den Plattensitz eingeleitet wird. Optimal wird dies bei der Anordnung
nach 9 erreicht, bei der die Achse der Spannkegelschraube 12 und
der zu ihrem Einschrauben dienenden Gewindebohrung 14 im
wesentlichen parallel zur Spannkegelachse, also völlig ins
Innere des Werkzeugschaftes, gerichtet ist. Nachteilig ist jedoch
bei dieser Ausbildung, daß die Schneidkanten
der Wendeschneidplatte – durch
das notwendige Einschleifen der Spannnut 17, 18 – unterbrochen
und dadurch auch die Rückdruckanlagefläche vermindert
wird.
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In
der Praxis verwendet man daher bevorzugt eine Ausbildung entsprechend
den 1 bis 8, bei der der Winkel der Spannnut 17, 18 zur
jeweils gegenüberliegenden
Hauptschnittdruckabstützfläche 9, 10 zwischen
bevorzugt 4 und 10° liegt. In 8 ist
für diese
Ausbildung der Verlauf der Spannkräfte eingezeichnet. FS bedeutet dabei die bei der Zerspanung auftretende
Schnittkraft, die – was bereits
eingangs im einzelnen angesprochen ist – zu einer erhöhten Spannkraft
führen
kann. Aus der Spannkraft FR der Spannkegelschraube 12 und
der Schnittkraft FS ergibt sich die resultierende
FG, welche dann sehr nahe der idealen Kraftrichtung
liegt und dafür
sorgt, daß der
Schneidkörper 3 sehr
fest und schwingungsarm mit dem Werkzeugschaft 1 verbunden
ist. Die durch den geöffneten
und selbsthemmenden Keilwinkel nach vorne von 4 bis 10° und die bei
der Zerspanung auftretende Schnittkraft FS zwangsläufig sich
einstellende festere Spannung der Schneidelatte durch die Schnittkräfte ist
bei der Anordnung nach 9 im übrigen nicht mehr gegeben.
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Die 10 und 11 zeigen
ein erfindungsgemäß aufgebautes
Senkwerkzeug, bei dem der Schneidkörper 3' nicht nur durch eine, sondern durch
zwei beabstan dete Spannkegelschrauben 12' gespannt wird, die in entsprechender
Weise wiederum in zylindermantelförmige Spannnuten 17' eingreifen.
Die Ausbildung ist dabei so getroffen, daß die Mittelpunkte 23 der
Köpfe 15' der Spannkegelschrauben 12' einen größeren Abstand
aufweisen als die Mittelpunkte 24 der zylindermantelförmigen Spannnuten 17'. Auf diese
Art und Weise kann durch entsprechend stärkeres Anziehen einer der Spannkegelschrauen 12' eine entsprechende
zusätzliche
Verschiebung im Zehntelmillimeterbereich des Schneidkörpers 3' in die eine
oder andere Pfeilrichtung gemäß 11 erreicht
werden. Dadurch kann der Bearbeitungsdurchmesser sehr genau radial
eingestellt werden.
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Etwa
die gleichen Verhältnisse
liegen auch bei dem Fräswerkzeug
nach den 12 und 13 vor.
Auch hier kann die Schneidkante 4 des Schneidkörpers 3'' sehr genau auf einen gewünschten
Arbeitsdurchmesser eingestellt werden. Dies gilt auch für das in 14 im
Schnitt gezeigte Fräswerkzeug mit
zwei Schneidwerkzeugen 3''', bei dem die Schneiden 4 aller
Schneidwerkzeuge 3''' exakt auf eine axiale Höhe gebracht
werden müssen.
Selbstverständlich
eignet sich die erfindungsgemäße Konstruktion
auch für
ein Fräswerkzeug
mit mehr als zwei Schneidkörpern.
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Die 15 bis 17 zeigen
schließlich
ein Wendeschneidplattenwerkzeug zur Reibbearbeitung, wobei neben
den Spannkegelschrauben 12'''' zur
Halterung des Schneidkörpers 3'''' – und dem
bereits mehrfach angesprochenen Versatz der Achsen der Köpfe der
Spannkegelschrauben 12'''' zu
den zylindermantelförmigen
Spannnuten – noch
zwei außen
neben den Spannkegelschrauben 12'''' liegende Einstellkegelschrauben 25 vorgesehen
sind, die unter einem wesentlich steileren Winkel als die Spannkegelschrauben 12'''' am Schneidkörper 3'''' angreifen.
Die wiederum im wesentlichen zylindermantelförmigen Spannnuten des Schneidkörpers 3'''' für den Kopf 26 einer
Einstellkegelschraube 25 verlaufen unter einem Winkel von
im dargestellten Ausführungsbeispiel
mehr als 50° zur
Hauptschnittdruckabstützfläche 9,
so daß hier
eine Selbsthemmung wie bei den Spannkegelschrauben 12'''' nicht vorhanden ist.
Die Einstellkegelschrauben 25 dienen zur Einstellung eines μm-genauen Überstandes
des Schneidkörpers 3'''' gegenüber den
Stützleisten 27.
Gleichzeitig kann durch unsymmetrische Betätigung der bei den Einstellkegelschrauben 25 die
Schneidelatte nach hinten ca. 0,005 bis 0,01 mm freigestellt werden.
Um dieses Freistellungsmaß liegt
der Punkt 28 in 25 radial
weiter außen
als der Punkt 29. Die Spannkegelschrauben 12'''' und die Einstellkegelschrauben 25 beim
Ausführungsbeispiel
nach den 15 bis 17 sind
bevorzugt völlig
baugleich ausgeführt.