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Die Erfindung betrifft eine Spann-
und Justiervorrichtung für
ein Zerspanungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Zerspanungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 23 und eine Werkzeugkassette für ein Zerspanungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 30.
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Bei gattungsgemäßen Werkzeugen befinden sich
die Schneiden nicht direkt am Werkzueg selbst, sondern auf entsprechenden
Schneideinsätzen,
insbesondere Wechselplatten, die mit dem Werkzeug verschraubt sind.
Auch Schneidenträger
wie beispielsweise Kassetten, die am Werkzeug befestigt werden und
entsprechende Schneidplatten tragen sind bekannt.
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Durch den Einsatz derartiger Schneidplatten erfolgt
eine Entkopplung des Materials des Werkzeugs vom Material an den
Schneiden, die dazu führt,
dass für
die Schneidplatte bestimmte, teure und harte Schneidstoffe wie z.B.
Cermet u.ä.
oder Beschichtungen wie z.B. Diamant eingesetzt werden können, während der
Werkzeugschaft aus einem duktilen, weniger teueren Material gefertigt
werden kann. Dabei stellt sich die Frage nach einer Feineinstellung
der axialen oder radialen Lage der Schneidkante(n) der Schneidplatte
bezüglich
der Werkzeugachse, um einerseits durch größere Fertigungstoleranzen bei
der Schneidplattenfertigung Kosteneffekte zu erzielen und andererseits
den Verschleiß an den
Schneidkanten während
des Einsatzes sowie – zumindest
in geringem Maße – sonstige
Meß- oder Justierungenauigkeiten
ausgleichen zu können.
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Dazu ist in der Patentschrift
DE 1 752 151 schon eine
Einmesserreibahle mit auswechselbarem Messer vorgeschlagen worden,
bei der über
eine Justierschraube ein Stellkeil angetrieben wird, um so auf die
Seitenfläche
eines Schneidmessers zu drücken,
dass dieses in seiner radialen Lage verstellbar ist. Das Messer
wird dabei mittels Klemmschrauben in seiner ungefähren Lage
eingeklemmt, während
die Feinnjustage über
die Justierschraube und den Stellkeil erfolgt. Dabei erstrecken
sich Justier- und Klemmschrauben radial durch den gesamten Werkzuegkörper hindurch.
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Ferner ist aus der US-Schrift US-3,662,444 ein
Fräser
bekannt, dessen Schneidplatten mittels Schrauben gegen einen Plattensitz
gespannt werden, wobei dadurch, dass die Gewindebohrung unter dem
Plattensitz nicht im 90°– winkel
zur Auflagefläche
verläuft,
sondern unter einem gewissen Winkelversatz, eine Anpresskraft in
Richtung auf die radial innenliegende Seitenwand am Plattensitz
wirkt, wodurch die Platte gegen die Seitenwand vorgespannt wird.
In Radialrichtung stützt
sich die Platte dabei an einer Führungsfläche ab.
Dabei wird die radial innenliegende Seitenwand von einem antreibbaren
Stellkeil gebildet, der mit seiner Keilfläche gegen die Platte drückt, wodurch
die radiale Lage der Platte feineingestellt werden kann. Der Stellkeil
ist dabei als Hülse ausgebildet.
Der Antrieb der Stellkeilhülse
erfolgt über
eine Differentialschraube, mit der die Stellkeilhülse im wesentlichen
axial mit dem Werkzeug verschraubt wird, so dass bei Anziehen der
Schraube die Keilfläche
des Stellkeil gegen die Platte drückt und diese unter entsprechender
Durchbiegung der Plattenverschraubung radial nach außen drängt.
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Weitere Spann- bzw. Justiervorrichtungen zum
Spannen und Feinjustieren von Schneideinsätzen in Zerspanungs werkzeugen
sind zudem beispielsweise in den Schriften
DE 197 25 219 A1 ,
DE 195 21 599 A1 ,
US-6155753, US-3339257, US-3195376,
DE-4403188, DE-2806079 und JP-10277839 offenbart worden.
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Ausgehend von der US-3,662,444 ist
es Aufgabe der Erfindung, eine Spann- und Justiervorrichtung für ein gattungsgemäßes Werkzeug
zu schaffen, die bei geringem Platzbedarf eine genaue Justage zulässt. Des
weiteren stellt sich die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Werkzeug
sowie eine entsprechende Werkzeugkasstte derart weiterzubilden,
dass mit verringerter Belastung an der Befestigung des Schneideinsatzes
ein größerer Feinjustierbereich
erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich der
Spann- und Justiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst,
hinsichtlich des Werkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 23 und
hinsichtlich der Werkzeugkassette mit den Merkmalen des Anspruchs
30.
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Um Schneideinsätze an entsprechenden Schneideinsatzsitzen
auf Zerspanungswerkzeugen, wie beispielsweise Bohrer, Stufenbohrer,
Reibahlen, Stirnplanfräser
etc., maßgenau
einzuspannen, werden die Schneideinsätze mit einer Vorspann- und
Fixiereinrichtung gegen eine Sitzfläche vorgespannt, wobei die
Vorspannung so erfolgt, dass sich die Schneideinsätze lagefixiert
am jeweiligen Schneidenträger
abstützen.
Beispielsweise wird eine Wechselschneidplatte mit einer Spannschraube
an einem entspechendem Werkzeugträger verschraubt, wobei die
Gewindebohrung unter der Schneidplatte zur Durchgangsbohrung durch
die Schneidplatte leicht zu den Seiteneinfassungen des Schneidplattensitzes hin
verschoben ist, so dass die Schneidplatte beim Einschrauben der
Spannschraube nicht nur gegen die Sitzfläche des Schneidplattensitzes,
sondern auch mit ihren Seitenwänden
gegen die Seiteneinfassungen des Schneidplattensitzes gedrückt wird. Die
Schneidplatte ist somit lagefixiert am Schneidenträger befestigt.
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Aufgrund von Fertigungstoleranzen
beim Schneidenträger
ebenso wie bei der Schneidplatte, Abnutzung während des Betriebs etc. ist
es dabei insbesondere bei Feinbearbeitungswerkzeugen nötig, dass
die Schneidplatte genau auf Nennmaß nachgestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird als Spann-
und Justiervorrichtung für
derartige Schneideinsätze
ein Verstellkeil vorgeschlagen, der im Schneidenträger formschlüssig und
verschiebbar aufgenommen ist und über den sich der Schneideinsatz
abstützt.
Der Verstellkeil ist dabei mittels einer Druckschraube in einer
im Wesentlichen parallel zur Sitzfläche verlaufenden Richtung antreibbar.
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Durch die parallel zur Sitzfläche vorgesehene
Antriebs- bzw. Verstellrichtung des Verstellkeils gelingt eine Platz
sparende Anordnung, so dass die erfindungsgemäße Spann- und Justiervorrichtung auch
bei kleinen Werkzeugdurchmesser oder an der Stufe von Stufenwerkzeugen
einsetzbar ist. Darüber hinaus
kann bei der Anordnung des Verstellkeils in einer im Wesentlichen
parallel zur Sitzfläche
verlaufenden Richtung bei einem plattenförmigen Schneideinsatz eine
sehr feine Dosierung der mittels einer Druckschraube auf den Verstellkeil
ausgeübten
und von diesem auf die Schneidplatte und damit auf die Vorspanneinrichtung
der Schneidplatte übertragenen Verstellkraft
erzielt werden. Dadurch kann die Justierung der Schneidplatte unter
engsten Toleranzen erfolgen.
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Nach erfolgter Justierung der Schneidplatte auf
ihr Maß – die Justierung
kann dabei je nach Einsatzzweck sowohl in axialer als auch, in radialer Werkzeugrichtung
erfolgen – wird
die Schneidplatte bzw. der plattenförmige Schneideinsatz mittels
der Vorspann- und Fixiervorrichtung in ihrer endgültigen Lage
fixiert. Vorteilhaft weist die Vorspann- und Fixiervorrichtung dabei
einen Spannkopf auf, mit dem ein erster Seitenwandabschnitt des
Schneideinsatzes beim Vorspannen oder Fixieren gegen eine Verstellkeilfläche des
Verstellkeils gedrückt
wird. Beispielsweise wird eine unter Vorspannung stehende Spannschraube
in denm obenstehend genannten versetzten Gewinde festgezogen. Es
wäre jedoch auch
ein Spannkopf mit einem Schraubenkopf denkbar, der eine entsprechende
Nocke aufweist, mit der der Druck auf den Schneideinsatz aufgebracht
wird. Auf diese Weise ist eine passgenaue und flächige Anlage des Verstellkeils
an der Seitenwand des Schneideinsatzes gewährleistet.
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In der vorteilhaften Ausführungsform
nach Anspruch 3 weist der Schneidenträger darüber hinaus eine Führungsanschlagsanordnung
auf, an der ein weiterer Seitenwandabschnitt des Schneideinsatzes
zu liegen kommt. Die Vorspann- und Fixiervorrichtung ist dabei so
ausgebildet, dass der Schneideinsatz mit seinem zweiten Seitenwandabschnitt
gegen die Führungsanschlagsanordnung
gedrückt
wird, wenn er vorgespannt und fixiert wird. Die Führungsanschlagsanordnung
ist dabei bevorzugt als Führungsfläche ausgebildet.
Insgesamt gelingt so eine vollständig
bestimmte Lagerung des Schneideinsatzes, der mit seiner Bodenfläche auf der
Sitzfläche
aufliegt, mit einer ersten Seitenwand bzw. einem ersten Seitenwandabschnitt
an der Verstellkeilfläche
und mit einer dazu im Winkel ausgebildeten zweiten Seitenwand bzw.
einem zweiten Seitenwandabschnitt an der Führungsanschlagsanordnung bzw.
an der Führungsfläche. Dabei
tritt ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß parallel zur Sitzfläche verlaufenden
Verstellrichtung des Verstellkeils zutage: Durch Verstellen des
Verstellkeils in Richtung auf die Schneidplatte zu, entsteht an
der Keilfläche des
Verstellkeils eine Kraft senkrecht zur Keilfläche, d. h. in Richtung senkrecht
zur ersten Seitenwand der Schneidplatte. Daneben entsteht aufgrund
von Reibung aber auch eine Kraft in Verstellrichtung, d. h. entlang
der Keilfläche
und damit auf die zweite Seitenwand der Schneidplatte zu. Auf diese
Weise gelingt nicht nur eine Verschiebung der Schneidplatte unter
Einwirkung der senkrecht auf die erste Seitenfläche wirkenden Kraft, sondern
auch eine zusätzliche
Anpressung der Schneidplatte an der Führungsfläche, insbesondere bei im Wesentlichen
rechteckigen oder rautenförmigen
Schneidplatten.
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Bei erfindungsgemäßer Anordung des Verstellkeils
läuft der
Verstellkeil zudem entlang der Längsrichtung
der entsprechenden Seitenfläche
bzw. Seitenwand der Schneidplatte, so dass die Seite, an der die
Druckkraft der Druckschraube in den Verstellkeil eingeleitet wird
relativ klein sein kann und somit ein hoher Druck auf die Fläche und
damit eine hoch konzentrierte und damit biege- und torsionsfreie Krafteinleitung in
den Verstellkeil erfolgen kann. Der Stellkeil verläuft hinter
der ersten Seitenwand des Schneideinsatzes flach und erlaubt trotz
der Platz sparenden Bauweise eine hohe Kraftübertragung auf die Schneidplatte.
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Eine besonders schlanke Bauweise
lässt sich
mit kleinen Keilwinkeln zwischen Antriebsrichtung des Verstellkeils
und der Verstellkeilfläche
erzielen. Auf diese Weise gelingt zudem eine Untersetzung der Stellkeilbewegung
auf die Schneidplatte, so dass sich die Verstellung der Schneidplatte
genau dosieren lässt.
Als besonders geeignet haben sich dabei Keilwinkel zwischen 5° und 25° herausgestellt, insbesondere
zwischen 5° und
15°.
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Die erfindungsgemäße Spann- und
Justiervorrichtung kann dabei bei Stirnplanfräsern oder anderen Werkzeugen,
bei denen die Schneidplatten flächig
an einer Stirnfläche
angeordnet sind, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist sie
jedoch bei Werkzeugen, wie beispielsweise Bohrern oder Reibahlen
einsetzbar, bei denen die Schneidplatte bzw. die Schneidplatten
flächig
in einer Ebene senkrecht zur Stirnfläche des Werkzeugs angeordnet
sind. Dabei kann der entlang der Längsrichtung der Seitenwand
der Schneidplatte wirkende, schlanke Verstellkeil im Wesentlichen
in Axialrichtung angeordnet sein, so dass sich in Radialrichtung
des Werkzeugs ebenso wie in Umfangsrichtung des Werkzeugs ein Platz
sparender Aufbau der Spann- und Justiervorrichtung ergibt, wohingegen
in Axialrichtung genügend
Raum zur Aufnahme des Verstellkeils zur Verfügung steht.
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Die Druckschraube zum Antrieb des
Verstellkeils könnte
dabei beispielsweise in einer werkzeugstirn- oder bodenseitigen
Gewindebohrung koaxial zum Verstellkeil vorgesehen sein, um den
Verstellkeil anzutreiben. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Druckschraube
im Winkel zum Verstellkeil angeordnet ist und über einen Antriebskeil auf
den Verstellkeil drückt,
da auf diese Weise die Druckschraube auch leicht zugänglich umfangsseitig
oder von der Spannut aus in das Werkzeug eingeschraubt werden kann.
Die erfindungsgemäße Spann- und Justiervorrichtung
lässt sich
somit auch bei Werkzeugen einsetzen, bei denen ein stirn- oder bodenseitiges
Anbringen der Druckschraube unmöglich
ist.
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Bevorzugt ist dabei die Druckschraube
in einer vom Außenumfang
des Werkzeugs ausgehenden Radialbohrung aufgenommen und drückt auf
einen koaxial zum Verstellkeil angeordneten Antriebskeil, so dass
die im Wesentlichen axiale Verstellrichtung des Verstell- und des
Antriebskeils senkrecht zur Schraubenachse der Druckschraube verläuft. Je nach
Platzverhältnissen,
Form der Schneidplatte, der Spannut oder des Schneidenträgers kann
jedoch eine alternative Konfiguration gewählt werden.
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Verstell- und Antriebskeil können dabei
als koaxiale, mit ihren Schmalseiten aneinander schlagende, getrennt
Keilelemente ausgeführt
sein. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Verstellkeil und der Antriebskeil
an einem einstückigen
Doppelkeilstift ausgebildet sind, da auf diese Weise eine sichere Kraftübertragung
von der Druckschraube über
den Doppelkeilstift auf die Schneidplatte und die Schneidplattenspannschraube
sichergestellt ist. Der Doppelkeilstift kann in einer gemeinsamen
Führung
aufgenommen sein, beispielsweise einer Sacklochbohrung oder einer
eingefrästen
Nut, die vorteilhaft im Wesentlichen in Axialrichtung verläuft, während die Druckschraube
in einer Gewindebohrung aufgenommen ist, die vorteilhaft im Wesentlichen
in Radialrichtung verläuft.
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Dabei können am einstückigen Doppelkeilstift
je nach Form der Schneidplatte, die vom Verstellkeil lageverstellt
wird, und des Wirkmechanismus, über
den die Druckschraube auf den Antriebskeil wirkt, verschiedenartig
ausgeformte Ausnehmungen vorgesehen sein. Insbesondere bei einer
einzustellenden Schneidplatte bietet sich dabei eine Ausgestaltung
des Verstellkeils durch eine keilförmige Ausnahme am Doppelkeil
an, da auf diese weise eine flächige
Anlage des Verstellkeils an der Schneidplatte und damit eine gute
Kraftübertragung
ergibt.
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Hinsichtlich des Antriebskeils kommen
verschiedene Ausgestaltungen in Frage: Beispielsweise ist der Antriebskeil
bei der vorteilhaften Ausführungsform
nach Anspruch 12 direkt unter der Stirnfläche der Druckschraube angeordnet,
welche stirnseitig einen Konus aufweist, d.h. eine kegelmantelflächige Druckfläche, über die
die Kraftübertragung
auf den Antriebskeil erfolgt. In diesem Fall kann die für den Antriebskeil
am Doppelkeilstift vorgesehene Ausnehmung ebenfalls konisch ausgebildet
sein. Eine derartige konische Ausnehmung lässt sich auf einfache Weise
erzeugen, indem mit einem Bohrwerkzeug mit einem dem gewünschten
Konuswinkel entsprechenden Spitzenwinkel auf die gewünschte Tiefe
in den Doppelkeilstift eingebohrt wird; vorzugsweise ist der Spitzenwinkel
bzw. der Konuswinkel der den Antriebskeil bildenden Ausnehmung dabei
gleich dem Konuswinkel der Kegelmantel-Druckfläche auf der Stirnseite der
Druckschraube gewählt,
da sich auf diese Weise eine linienförmige, sich über die
gesamte Länge
von der Spitze der Druckschraube bis zum Schraubenumfang erstreckende
Anlage der Druckfläche
am Antriebskeil ergibt.
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Die Druckschraube kann dabei einstückig als Madenschraube
in den Werkzeugkörper
bzw. Schneidenträger
einschraubbar ausgebildet sein.
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Es wäre aber auch denkbar, die Druckfläche kugelig
auszuformen. Insbesondere könnte
in diesem Fall durch eine entsprechende Krümmung der Antriebskeilausnehmung
erreicht werden, dass die Verstellbewegung des Doppelkeilstiftes
zuerst langsam unter einem geringen Widerstand und dann schnell
unter einem größerem widerstand
erfolgt oder zuerst schnell unter einem größeren Widerstand und dann langsamer
unter einem kleineren Widerstand. Ebenfalls denkbar wäre eine Ausgestaltung des
Antriebskeils gemäß Anspruch
10 als keilförmige Ausnehmung;
auch in diesem Fall kann eine linienförmige Auflagefläche einer
kegelmantelförmigen Druckfläche der
Druckschraube bewirkt werden.
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Die Ausgestaltung des Antriebskeils
als keilförmige
Ausnehmung bewährt
sich jedoch besonders im Zusammenspiel mit der vorteilhaften Ausführungsform
nach Anspruch 14, bei der die Druckschraube nicht direkt auf den
Antreibskeil gedrückt wird,
sondern über
einen zwischengeschalteten Druckkeil. Auf diese Weise wird eine
vollflächige
Anlage der gesamten, zur Achse der Druckschraube schräg verlaufenden
Druckfläche
des Druckkeils am Antriebskeil bewirkt.
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Die Druckschraube kann dabei als
Madenschraube in den Werkzeugkörper
bzw. Schneidenträger
einschraubbar ausgebildet sein und auf den koaxial in der Bohrung
geführten
Druckbolzen drücken.
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Im Sinne einer feingängigen bzw.
präzisen Einstellung
der Lage der Schneidplatte ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn
der Verstellkeilwinkel kleiner als der Antriebskeilwinkel ist, so
dass die Radialbewegung der Druckschraube, d. h. die Spiralbewegung
beim Einschrauben der Druckschraube nur unterproportional in eine
radiale Auslenkung der Schneidplatte übersetzt wird. Als vorteilhaft
haben sich dabei insbesondere Verstellkeilwinkel von 5° bis 25° erwiesen
sowie Antriebskeilwinkel zwischen 30° und 40°.
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In der vorteilhaften Ausführungsform
gemäß Anspruch
13 sind die Antriebskeilfläche
und die Verstellkeilfläche
konkav am Doppelkeilstift vorgesehen. Auf diese Weise bildet die
Druckschraube eine Verliersicherung für den Doppelkeilstift, die
einem Herausfallen des Doppelkeilstifts aus seiner Führung bei Ausbau
der Schneidplatte entgegenwirkt. Der über die Druckschraube ausgeübte Druck
wird dabei in eine Zugbewegung am Doppelkeilstift übersetzt.
Die an der Verstellkeilfläche
anliegende Seitenwand der Schneidplatte steht dabei im Keilwinkel
zur Verschieberichtung des Doppelkeils, so dass die auf diese Seitenwand übertragene
Kraft die Schneidplatte gleichtzeitig radial nach Außen und
gegen die Führungsfläche drängt. Mit
einem solchen Doppelkeilstift gelingt insbesondere eine Radialverstellung
von Schneidplatten, bei denen die am Verstellkeil anliegende Seitenwand
in Richtung der Ziehbewegung des Doppelkeils im Keilwinkel des Verstellkeils
geneigt ist, beispielsweise bei rautenförmigen Standardwendeplatten
die so am Schneidenträger
vorgesehen sind, dass eine der spitzen Ecken von der Verstellkeilfläche und
der Führungsfläche am Schneidplattensitz
umgeben ist.
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Bei Schneidplatten, die keine oder
eine gegensinnige Neigung, der am Verstellkeil anliegenden Seitenwand
bezüglich
der Richtung der erwünschten Schneidenverstellung
aufweisen, ist dagegen eine konvexe Anordnung des Verstell- und
des Antriebskeils auf dem Doppelkeilstift vorteilhaft. Der von der Druckschraube
ausgeübte
Druck führt
dabei zu einer Verschiebung des Verstellkeils in der durch die Keilaufnahme
vorgegebene Verschieberichtung und somit zu einem Druck gegen die
Wand der Schneidplatte, so dass wiederum eine radiale Auslenkung
der Schneidplatte erfolgt.
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Insbesondere bei einem Doppelkeilstift
mit konkav angeordneten Keilflächen
ist es dabei vorteilhaft, wenn eine Auswurffeder vorgesehen ist,
die bei Zerlegung des Werkzeugs einen unproblematischen Ausbau des
Doppelkeilstifts ermöglicht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
betrifft ein Werkzeug, bei dem zum Vorspannen und Fixieren der Schneidplatte
eine Spannschraube verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ebenso
wie bei bekannten Verstellvorrichtungen entsteht durch die bei der
Justierung der Schneidplatte erfolgende Auslenkung eine Kraft, die
quer zur Schraubenachse der Spannschraube in den Spannkopf der Spannschraube
eingeleitet wird. Neben dem durch das Vorspannen der Schneidplatte
hervorgerufenen Biegemoment tritt somit eine zusätzliche Biegebelastung der
Spannschraube auf, wodurch der Einstellbereich der Spann- und Justiervorrichtung
begrenzt wird. Erfindungsgemäß ist die
Spannschraube durch eine Durchgangsbohrung hindurch mit einem in
einer Mutterteilführungsaufnahme
beweglich gelagerten Mutterteil verschraubt, wobei der Freiheitsgrad
der Bewegung des Mutterteils in der Mutterteilführungsaufnahme eine Komponente
senkrecht zum ersten Seitenwandabschnitt aufweist. Die in den Spannkopf
der Spannschraube eingeleitete Querkraft kann somit teilweise in
eine Ausgleichsbewegung des Mutterteils umgelenkt werden. Die Durchbiegung
der Spannschraube wird dadurch verringert und die Krafteinleitung
der auf die Spannschraube übertragenen
Kraft auf eine größere Fläche verteilt. Es
gelingt somit, den Justierbereich, innerhalb dem die Lage der Schneidplatte
einstellbar ist, zu vergrößern.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Mutterteil als Zylinderbolzen mit einer umfangsseitigen
Gewindebohrung zur Aufnahme der Spannschraube ausgeführt, der
in einer im Mutterteilführungsrichtung
vom Außenumfang
des Schneidenträgers
her eingebohrten Bohrung verschiebbar gelagert ist.
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Bei Schneideinsätzen, die sich wie oben stehend
erläutert,
an einem zweiten Seitenwandabschnitt im Winkel zum ersten Seitenwandabschnitt
an einer Führungsfläche abstützen, ist
es außerdem
vorteilhaft, wenn die Führungsrichtung
der Mutterteilaufnahme eine Komponente in Richtung des zweiten Seitenwandabschnitts
aufweist, so dass sich die Mutterteilführungsaufnahme in Richtung
der in die Spannschraube eingeleiteten Querkraft erstreckt. Auch
bei einer alternativ zur Führungsfläche vorgesehenen
zweiten Justiereinrichtung – beispielsweise
zur gleichzeitigen axialen und radialen Schneidenlagejustage ist
eine derartige Ausgestaltung der Mutterteilführungsaufnahme bzw. des Mutterteils
sinnvoll.
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Es hat sich gezeigt, dass es darüber hinaus vorteilhaft
ist, wenn die Führungsrichtung
der Mutterteilführungsaufnahme
eine Komponente in Richtung der Achse der Spannschraube aufweist,
da auf diese Weise nicht nur eine gute Klemmwirkung der Spannschraube
erzielt werden kann sondern gleichzeitig auch der Einstellbereich
der Spann- und Justiervorrichtung groß ist. Besonders vorteilhaft
hat sich dabei ein Verhältnis
der Komponente in Richtung der Achse der Spannschraube zu den restlichen
Komponenten der Führungsrichtung
von 10 bis 50 %, insbesondere 20 bis 35 % beispielsweise 25 bis
30 % erwiesen.
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Die erfindungsgemäße Spann- und Justiervorrichtung
und die Verspannung der Spannschraube mit dem erfindungsgemäßen Mutterteil
ergänzen sich
dabei auf besonders vorteilhafte Weise, da in dem durch die Mutterteilverschraubung
erzielten großen
Verstelllbereich die durch die Spann- und Justiervorrichtung ermöglichte
Feineinstellung vorgenommen werden kann.
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Die Erfindung kann insbesondere zur Schneidenjustage
an der Stufe eines Stufenwerkzeugs vorteilhaft eingesetzt werden,
bei dem es auf eine in Radialrichtung schlank bauende Spann- und Justiervorrichtung
ankommt und bei dem im Werkzeugträger eine zentrale Aufnahme
zum Einspannen von Einsatzwerkzeugen für die Vorbohrstufe erforderlich
ist, die den zur Verfügung
stehenden Bauraum einschränkt.
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Insbesondere bei derartigen Stufenwerkzeugen
werden auch Werkzeugkassetten eingesetzt, die als eigenständiger Schneidenträger entsprechende Schneideinsätze oder
Schneidplatten aufnehmen und am Werkzeuggrundkörper bzw. -träger befestigbar
sind. Auch bei derartigen Werkzeugkassetten kann die erfindungsgemäße Spann-
und Justiervorrichtung vorteilhaft eingesetzt werden.
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Dabei wäre es denkbar, den Verstellkeil
am Werkzeuggrundkörper
vorzusehen und somit die gesamte Werkzeugkassette in ihrer Lage
bezüglich
des Werkzeuggrundkörpers
zu justieren. Vorteilhaft ist die Werkzeugkassette jedoch lagefest
am Werkzeuggrundkörper
befestigbar und weist einen Verstellkeil auf, mit dem die Lage der
Schneidplatte auf der Werkzeugkassette verstellt werden kann. Der
Werkzeuggrundkörper
kann somit einen einfachen Aufbau aufweisen, wobei die gesamte Verstellmechanik
auf der Werkzeugkassette untergebracht ist. Die Werkzeugkassette
kann wiederum über
eine Spannschraube auf dem Werkzeug bzw. dem Werkzeuggrundkörper lagefixiert
werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Nachfolgend werden anhand anliegender Zeichnungen
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
isometrische Ansicht ein Werkzeug gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht des in 1 dargestellten
Werkzeugs;
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3 eine
Schnittansicht in der in 2 eingezeichneten
Ebene III–III;
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4 eine
Schnittansicht in der in 2 eingezeichneten
Ebene IV–IV
;
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5 eine
Draufsicht in Richtung des in 2 eingezeichneten
Pfeils V;
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6 eine
isometrische Detailansicht der in den 1 bis 5 gezeigten Spann- und Justiervorrichtung;
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7 eine
Draufsicht auf die in 6 gezeigte
Spann- und Justiervorrichtung;
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8 eine
der 1 entsprechende
Ansicht eines Werkzeugs gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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9 eine
der 2 entprechende Ansicht dieses
Werkzeugs;
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10 eine
Draufsicht in Richtung des in 9 eingezeichneten
Pfeils X;
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11 eine
der 6 entsprechende
Detailansicht der in den 8 bis 10 gezeigten Spann- und Justiervorrichtung;
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12 eine
Schnittansicht in der in 9 eingezeichneten
Ebene XII–XII;
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13 eine
der 1 entsprechende
Ansicht eines Werkzeugs gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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14 eine
der 5 entsprechende
Draufsicht auf dieses Werkzeug;
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15 eine
Schnittansicht in der in 14 eingezeichneteten
Ebene XV–XV;
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16 eine
der 5 entsprechende
Draufsicht auf ein Werkzeug gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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17 eine
der 6 entsprechende
Detailansicht;
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18 eine
der 7 entsprechende
Draufsicht;
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19 eine
der 1 entsprechende
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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20 eine
der 2 entsprechende
Seitenansicht;
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21 eine
Schnittansicht in der in 20 eingezeichneten
Ebene XX–XX;
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22 eine
der 5 entsprechende
Draufsicht;
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23 eine
Schnittansicht in der in 22 eingezeichneten
Ebene XXII–XXII;
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24 eine
der 6 entsprechende
Detailansicht;
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25 eine
isometrische Ansicht einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Werkzeugkassette;
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26 eine
Bodenansicht der Werkzeugkassette;
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27 eine
Seitenansicht der Werkzeugkassette;
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28 eine
Draufsicht auf die Werkzeugkassette; und
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29 eine
weitere Seitenansicht der Werkzeugkassette im eingebauten Zustand;
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30 eine
der 6 entsprechende
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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31 eine
der 7 entsprechende
Detailansicht.
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Bei der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung wurden funktional gleiche oder ähnliche Merkmale in den gezeigten Ausführungsformen
mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen, um eine größere Übersichtlichkeit zu gewährleisten.
Um Wiederholungen zu vermeiden werden Merkmale von Ausführungsformen,
die gleich denjenigen in den vorhergehenden Ausführungsformen sind, in den Figuren
teilweise nicht erneut bezeichnet.
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Zunächst wird bezug genommen auf
die in den 1 gezeigte
Ausführungsform
der Erfindung, wobei weitere Einzelheiten den 2 bis 7 zu
entnehmen sind.
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In 1 ist
ein Werkzeug mit 1 bezeichnet, das einen Schneidplattensitz aufweist,
an dem eine Schneidplatte 2 mit einer Spannschraube 4 verschraubt
ist. Die Spannschraube 4 ist dabei zentrisch durch die
Schneidplatte 2 verschraubt. Der Verstellkeil 12 ist über eine
Druckschraube 10 in einer Verschieberichtung V verstellbar
und stützt
sich am Werkzeug 3 ab. 2 zeigt
den Werkzeugträger 3 in einer
Seitenansicht. Die Werkzeugträgerachse
ist mit A bezeichnet und die Verschieberichtung des Verstellkeils
mit V. Es ist zu erkennen, dass die Verschieberichtung V koaxial
zur Werkzeugachse A verläuft. Unterhalb
der Schneidplatte 2 ist die Austrittsöffnung einer Durchgangsbohrung 34 ersichtlich,
durch die die Schraube 4 verläuft, wie in der Schnittansicht
in 3 dargestellt. Axial
hinter der Schneidplatte 2 befindet sich die in radialer
Richtung verlaufende Druckschraube 10, wie in der Schnittansicht
der 4 dargestellt.
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Die Schneidplatte 2 ist
dabei rautenförmig und
so angeordnet, dass sie eine im Wesentlichen radial zur Werkzeugachse
verlaufende Hauptschneide H aufweist und eine unter einer Verjüngung axial zur
Werkzeugachse verlaufende Nebenschneide N. Eine Seitenfläche 22 der
Schneidplatte 2 liegt an einem Verstellkeil 12 an
und eine zweite Seitenfläche 24 an
einer Führungsfläche 32,
so dass eine ihrer spitzen Ecken von dem Verstellkeil 12 und
der Führungsfläche 32 eingefasst
ist.
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Die Schneidplatte 2 sitzt
dabei in einer Ausnehmung am Umfang des Werkzeugs 3, die
die Spannut bildet, wobei die Schneidplatte 2 zusammen mit
einer Fläche 9 die
Spanfläche
bildet und eine Fläche 8 die
Spanfreifläche.
Die Fläche 8 und
die Fläche 9 sowie
der Sitz der Schneidplatte 2 sind dabei vorzugsweise mit
einer Hartstoffschicht versehen, um einen vorzeitigen Verschleiß zu verhindern.
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Der Verstellkeil 12 besteht
dabei aus einem Hartmetall, das vorzugsweise ebenfalls mit einer Hartstoffschicht
versehen ist. Jedoch wären
auch andere gängige
Werkstoffe denkbar Neben dem Verstellkeil kann dabei auch der Schneidenträger 3 aus einem
Hartmetall bestehen. Als Werkstoff für den Schneidenträger 3 oder
den Verstellkeil 12 wäre
jedoch auch jeder andere gängige
Werkstoff moderner Hochleistungsbohrer denkbar, wie z.B. Schnellstahl wie
HSS oder HSSE, HSSEBM oder Sinter-Werkstoffe wie Keramik, Cermet u.ä.
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Vorteilhaft dafür sind Hartstoffschichten,
die vorzugsweise dünn
ausgeführt
sind, wobei die Dicke der Schicht vorzugsweise im Bereich zwischen
0,5 und 3 μm
liegt. Für
die Hartstoffschicht kommen sämtliche
geeigneten Werkstoffe in Frage z.B. Diamant, vorzugsweise nanokristalliner
Diamant, Titan-Nitrid- oder Titan-Aluminium-Nitrid. Besonders geeignet
sind u.a. eine Titan-Aluminium-Nitrid-Schicht und eine sogenannte
Mehrlagen-Schicht, die unter der Bezeichnung "Fire I" von der Firma Gühring oHG vermarktet wird.
Dabei handelt es sich um eine TiN-/(Ti,Al)N-Mehrlagen-Schicht.
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Besonders bevorzugt kann auch eine
Verschleißschutzschicht
zur Anwendung kommen, die im wesentlichen aus Nitriden mit den Metallkomponenten
Cr, Ti und Al und vorzugsweise einem geringen Anteil von Elementen
zur Kornverfeinerung besteht, wobei der Cr-Anteil bei 30 bis 65
%, vorzugsweise 30 bis 60 %, besonders bevorzugt 40 bis 60 %, der
Al-Anteil bei 15 bis 35 %, vorzugsweise 17 bis 25 %, und der Ti-Anteil
bei 16 bis 40 %, vorzugsweise 16 bis 35 %, besonders bevorzugt 24
bis 35 %, liegt, und zwar jeweils bezogen auf alle Metallatome in
der gesamten Schicht. Dabei kann der Schichtaufbau einlagig sein
mit einer homogenen Mischphase oder er kann aus mehreren in sich
homogenen Lagen bestehen, die abwechselnd einerseits aus (TixAlyYz)N
mit x = 0,38 bis 0,5 und y = 0,48 bis 0,6 und z = 0 bis 0,04 und
andererseits aus CrN bestehen, wobei vorzugsweise die oberste Lage
der Verschleißschutzschicht von
der CrN-Schicht gebildet ist.
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Die Schneidplatte 2 besteht
aus Cermet oder einer anderen Hartkeramik und/ oder weist eine entsprechende
Beschichtung beispielsweise Diamant oder kubisches Bornitrit auf.
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Am Werkzeuggrundkörper bzw. Werkzeugträger 3 ist
dabei eine zentrische Bohrung 7 vorgesehen, in die ein
weiteres Einsatzwerkzeug über
fachnotorisch bekannte, nicht gezeigte Spannmittel – beispielsweise
ein Hydrodehnspannfutter – einsparbar ist,
so dass das Werkzeug als Stufenbohrer bzw. als Stufenreibahle einsetzbar
ist.
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Die Spannschraube 4 weist
einen Spannkopf 40 auf, über den die Schneidplatte 2 gegen
den Verstellkeil 12 gedrückt wird, wenn die Schraube 4 in
die Bohrung 34 eingeschraubt wird. Es ist zu erkennen, dass
in der durch die Schneidplatte 2 verlaufende Durchgangsbohrung
ein Spiel gegenüber
der Schraube 4 vorgesehen ist. Beim Einschrauben der Spannschraube 4 wirkt über den
Spannkopf 40 eine Kraft auf die Innenseite der Schneidplatte 2,
da die Bohrung 34 unter einem leichten Versatz zur Durchgangsbohrung
in der Schneidplatte 2 angeordnet ist. Die Schneidplatte 2 wird
dabei an ihrer Seitenwand 22 gegen eine Keilfläche 14 des
Verstellkeils 12 gedrängt,
wobei sich der Verstellkeil 12 wiederum an einer Abstützfläche 13 gegen
den Werkzeugträger 3 abstützt. Die
Keilfläche 14 weist
dabei einen Winkel ψ von
etwa 7° zur
Schraubenachse S auf. Der Winkel ψ entspricht dem Freiwinkel
von Standard-Wechselschneidplatten, so dass eine flächige Anlage
von derartigen Standard-Wechselschneidplatten
gewährleistet
ist. Die Schneidplatte 2 liegt dabei mit ihrer Bodenfläche 20 auf
der Sitzfläche 30 des
Schneidplattensitzes flächig
auf.
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Durch ein Verschieben des Verstellkeils 12 in Richtung
durch die Blattebene in 3 bzw.
in Richtung v wird die Schneidplatte 2 nach Außen gedrängt, wobei
die Schneidplatte 2 über
den Spannkopf 40 ein Biegemoment auf die Schraube 4 ausübt. Durch
Eindrehen der Madenschraube 10 erfolgt über einen Druckbolzen 10a eine
Kraftübertragung
auf den Antriebskeil 15. Dabei ist der Druckbolzen an seinem auf
den Antriebskeil drückenden
Ende entsprechend einer Führung
im Antriebskeil randseitig etwas abgerundet, um eine gute Anlage
zu gewährleisten.
Somit kann eine Feinjustage der radialen Lage der Schneidplatte
erfolgen, so dass das Werkzeug exakt auf das Nennmaß der Bohrung
einstellbar ist. Beispielsweise wurden bei einem Werkzeug mit einem Durchmesser
von 40 mm in einem Einstellbereich von +/-0,05 mm Auflösungen < 1/100 mm erzielt.
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Die Verstellung des Verstellkeils 12 erfolgt dabei über einen
Verstellmechanismus bzw. eine Spann- und Justiervorrichtung, die
in den 6 und 7 im einzelnen gezeigt ist.
Die Druckschraube 10 ist dabei über einen Innensechskant 11 in
den Werkzeugträger
bzw. -grundkörper
einschraubbar und drückt
dabei über
den Druckkeil 10a auf eine Antriebskeilfläche 16 eines
Antriebskeils 15, der an einem Doppelkeilstift 12, 15 zusammen
mit dem Verstellkeil 12 ausgebildet ist. Bei einem Einschrauben der
Druckschraube 10 gleitet der Doppelkeilstift 12, 15 entlang
der abgeschrägten
Druckfläche 19 des Druckkeils 10a bzw.
der Antriebskeilfläche 16 in
Verschieberichtung V, d.h. axial in Werkzeugrichtung A nach hinten
bzw. nach rechts in 7,
wodurch sich die Teilfläche 14 des
Verstellkeils 12 um den Wert Δk in axialer Richtung verschiebt.
Auf diese Weise wird die Schneidplatte um den Wert Δr nach außen verschoben.
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Dabei weist die Antriebskeilfläche 16 einen Winkel ß1 zur Verschieberichtung
auf, die Verstellkeilfläche 14 einen
Winkel α1.
Der Winkel α1
beträgt dabei
in der gezeigten Ausführungsform
15°, so
dass die Kraftkomponente in Axialrichtung des Werkzeugs wesentlich
größer ist,
als die Kraftkomponente in Radialrichtung des Werkzeugs. Deshalb
wird bei einem relativ großen
Axialversatz Δk
ein relativ kleiner Radialversatz Δr der Schneidplatte bewerkstelligt.
Der Winkel ß1
beträgt
in der gezeigten Ausführungsform in
etwa 35°,
so dass eine im Bezug zur Eindrehbewegung der Druckschraube 10 und
des Druckkeils 10a relativ kleine Verschiebebewegung des
Doppelkeilstifts 12, 15 erfolgt, wodurch eine
gleichmäßige Kraftübertragung
auf die Seitenwand 22 der Schneidplatte 2 sichergestellt
ist. Dabei wird der Axialversatz Δk aufgrund
des geringen Winkels α1
nur zu einem geringen Teil in einen Radialversatz Δr der Schneidplatte
umgewandelt, wodurch eine Feineinstellbarkeit der radialen Lage
der Schneidplatte gewährleistet
ist.
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Um die Wendeplatte einzuspannen und
zu justieren wird dabei wie folgt verfahren:
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Beim Einlegen der Wechselschneidplatte 2 wird
die Schraube 4 so weit angezogen, dass die Wendeschneidplatte 2 an
ihren Seitenwänden 22 und 24 gegen
den Verstellkeil 12 bzw. eine radiale Führungsfläche gedrängt wird, wie an dem Versatz Δv des Spannkopfs 40 in 7 zu erkennen ist. Anschließend erfolgt
die Feineinstellung der Lage der Schneidplatte 2 über die
Druckschraube 10. Nachdem die Schneidplatte 2 auf
die gewünschte
Endlage justiert ist, wird die Endlage über ein Nachziehen der Spannschraube 40 an
der Torx-Aufnahme 41 fixiert. Zur Aufnahme des Dopppelkeilbolzens 12, 15 ist
dabei eine Axialbohrung 33 im Werkzeugträger 3 vorgesehen,
zur Aufnahme der Druckschraube 10 eine radial dazu verlaufende
Gewindebohrung 39, die sich zu einer dem Druckbolzen 10a entsprechenden
Führungsaufnahme
verengt. Zum erleichterten Austausch des Döppelkeilbolzens 12, 15 ist
desweiteren eine Auswurffeder 18 in der Doppelkeilaufnahme 33 vorgesehen,
die bei Lösen
der Druckschraube 11 und Ausbau der Schneidplatte 2 den
Doppelkeilstift 12, 15 aus seiner Aufnahme 33 herausdrückt.
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Die 8 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, wobei der Verstellmechanismus bzw. die Spann- und
Justiervorrichtung um ein Mutterteil 136 ergänzt ist,
mit dem die Spannschraube 104 zum Vorspannen und Fixieren
der Schneidplatte 102 verschraubt ist. Das Mutterteil 136 ist
dabei als Zylinderbolzen ausgebildet, der in einer Mutterteil-Führungsaufnaame 136 unterhalb
der Schneidplatte (siehe 9 und 12) angeordnet ist. Die Mutterteil-Führungsaufnahme 138 verläuft dabei in
der Ebene XII–XII
in 9, die in 12 im Detail dargestellt
ist in einer Richtung E, die um den Winkel Ɛ1 zur Ebene
der Sitzfläche 130 bzw.
Bodenfläche 120 der
Schneidplatte versetzt ist. Die Mutterteil-Führungsrichtung
E hat daher eine Komponente Ek parallel
zur Ebene der Sitzfläche 120 zur
Keilfläche 122 des
Verstellkeils 112 hin und eine Komponente Es in Richtung
der Schraubenachse S der Spannschraube 104.
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Beim Vorspannen der Schneidplatte 102 gegen
die Sitzfläche 120 und
die Keilfläche 122 wird
die Spannschraube 104 in das Mutterteil 136 eingeschraubt,
so dass der Spannkopf 140 der Spannschraube 104 die
Schneidplatte 102 zum Verstellkeil 112 hin drängt. Beim
anschließenden
Justieren der Lage der Schneidplatte 102 über die
Druckschraube 110 und den Doppelkeilstift 112, 115 wird
eine Kraft auf den Spannkopf 140 der Spannschraube 104 übertragen,
die aber nicht mehr zu einer Biegebelastung der Spannschraube 104 führt, sondern
zumindest teilweise zu einer Ausgleichsbewegung der Spannschraube
mitsamt dem Mutterteil 136, wobei die Spannschraube 104 über die
Klemmung zwischen Mutterteil 136 und dem Schraubenkopf 140 unter
Zug gesetzt wird, anstatt auf Biegung belastet zu werden.
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Dabei ist die Durchgangsbohrung zwischen Schneidplattensitz
und Mutterteil 136 mit Spiel ausgelegt. Es hat sich gezeigt,
dass auf diese Weise der Bereich, in dem eine Feinjustage über die
Doppelkeilanordnung 101 möglich ist, wesentlich vergrößert werden
kann. So konnten beispielsweise bei einem Werkzeugdurchmesser von
40 mm Werte in einem Bereich von –01,mm bis 0,35 mm mit der
gezeigte Spann- und
Justiervorrichtung 101 eingestellt werden, wobei gleichzeitig
die erforderliche Klemmkraft zur sicheren Lagefixierung der Schneidplatte 102 gegeben
war.
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Noch größere Einstellbereiche lassen
sich mit der in den 13 bis 15 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung erzielen, bei der die Spann- und Justiervorrichtung
in weiten Teilen gleich den bisher gezeigten ist, wobei jedoch das
Mutterteil 236 in einer Ebene XV–XV in 14 unter dem Winkel γ2 zur Werkzeugachse A in einer
entsprechenden Führungsaufnahme 238 geführt ist.
Neben der durch den Winkel Ɛ2 vorgegebenen Komponente Es
in Richtung der Schraubenachse S weist die Mutterteil-Führungsrichtung
E somit noch eine Komponente Ek radial zur
Werkzeugachse A sowie eine Komponente Ef axial
zur Werkzeugachse auf. Beim Anziehen der Spann- und Justiervorrichtung über die
Druckschraube 210 erfolgt der durch das Mutterteil 236 bewerkstelligte
Ausgleich somit nicht nur in Richtung zum Verstellkeil 212 hin,
sondern auch in Richtung zur Führungsfläche 232.
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Bei den bisher gezeigten Ausführungsformen
waren die Antriebs- und Verstellkeilflächen 16, 14; 116, 114; 216, 214 jeweils
konkav auf dem Doppelkeilstift der dortigen Spann- und Justiervorrichtungen
angeordnet. Diese Ausbildung der Keilflächen ist zum Einsatz bei gängigen Wechsel-
oder Wendeschneidplatten in Rautenform geeignet, die mit einer im
wesentlichen radialen Hauptschneide (H in 1) in einer zur Werkzeugachse A parallelen
Ebene angeordnet sind, da der Keilwinkel des Verstellkeils dann
entsprechend der Rautenform so ausgelegt ist, dass der Doppelkeilstift
der Spann- und Justiervorrichtung platzsparend in Axialrichtung
A des Werkzeugs verläuft.
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Die erfindungsgemäße Spann- und Justiervorrichtung
ist jedoch für
verschiedene Schneideinsatz- bzw. Schneidplattenbauformen und -Anordnungen
auf dem Schneidenträger
einsetzbar. So ist in den 16 bis 18 eine Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, bei der die Verstellkeilfläche 314 konvex
zur Antriebskeilfläche 316 verläuft. Durch
diese Anordnung wird eine kinematische Umkehr bewirkt, d. h., dass
der Doppelkeil 312, 315 unter Druck der Druckschraube 310 bzw.
des Druckbolzens 310a in Axialrichtung zur Werkzeugspitze
hin wandert. Die Verschieberichtung V verläuft dabei unter dem Winkel φ zur Werkzeugachse
A. Die Verschieberichtung wird vom gewünschten Winkel α3 zwischen
Verschieberichtung und Keilfläche 314 sowie
durch die Form und Lage der Schneidplatte 302 bestimmt. Während bei
den bisher gezeigten Ausführungsformen
rautenförmige
Schneidplatten gewählt
wurden, so dass sich bei geeignet gewähltem Keilwinkel (α1) eine Verschieberichtung
parallel zur Werkzeugachse ergab, weist die Schneidplatte 302 eine
im wesentlichen rechteckige Form auf, so dass der Winkel φ zwischen
Werkzeugachse A und Verschieberichtung V dem Winkel α3 zwischen
Verschieberichtung V und Keilfläche 314 entspricht.
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Die Krafteinleitung an der abgeschrägten Lauffläche 319 der
Druckschraube 310 erfolgt dabei unter dem Winkel ß3 zur Verschieberichtung
V des Doppelkeils 312, 315, die Kraftanleitung
an der Keilfläche 314 des
Verstellkeils 312 in die Schneidplatte 302 unter
dem Winkel α3,
so dass sich im wesentlichen die schon obenstehend beschriebenen Übersetzungsverhältnisse
ergeben:
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Bei einer relativ großen Keilverschiebung Δk wird ein
relativ kleiner Radialversatz Δr
der Schneidplatte 302 erzielt, so dass dieser Axialversatz Δr sehr fein
einstellbar ist. Dabei wird die maximale Verschiebung des Doppelkeils 312, 315 durch
einen Anschlag 360 begrenzt, der bei Erreichen der maximalen
Verschiebung δk
an die Schneidplatte 302 anschlägt, so dass der Bediener der
Druckschraube 310 aufgrund des sprunghaft steigenden Widerstands
beim Einschrauben ein Warnsignal erhält. An die Antriebskeilfläche 316 anschließend ist
dabei ein zweiter Anschlag 361 vorgesehen, der die Bewegung
des Doppelkeils 312, 315 letztlich vollends begrenzt.
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Bei den bisher gezeigten Ausführungsformen
war der Doppelkeil 12, 15; 112, 115; 212, 215; 312, 315 als
Zylinderbolzen ausgeführt,
an dem für die
Keile entsprechende Ausnehmungen ausgespart sind. Die Aufnahme 33; 133; 233; 333 konnte
daher als zylindrische Bohrung ausgebildet sein, indem der Doppelkeil
verliersicher und gegen den Werkzeugkörper abgestützt geführt ist. Eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Spann-
und Justiervorrichtung mit einem Doppelkeil 412, 415 mit
trapezförmigem
Querschnitt wird in den 19 bis 24 gezeigt. Der Doppelkeilstift 412, 415 wird
wiederum über
eine Druckschraube 410 angetrieben, wodurch die rautenförmige Schneidplatte 402 in
ihrer radialen Lage verstellbar ist. Als Führungsaufnahme für den Doppelkeil
mit trapezförmigem
Querschnitt (s. 21 und 23) ist dabei eine ausgefräste Nut
vorgesehen, wobei der Verstellkeil 412 mit einer Verstellkeilfläche 414 gegen
die Schneidplatte 402 drückt und sich über die
Fläche 413 am
Werkzeugträger 403 abstützt, wobei
die Fläche 414 unter
dem durch die Schneidplatte vorgegebenen Freiwinkel nach innen geneigt
ist und Fläche 413,
mit der sich der Verstellkeil 412 am Werkzeugträger abstützt, gegensinnig unter
dem Winkel δ4,
so dass zusammen mit der Druckschraube 410 eine Verliersicherung
für den Doppelkeil
gebildet wird.
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Die Mutterteil-Führungsrichtung liegt dabei
in einer diagonal durch die Schneidplatte verlaufenden Ebene XXIII–XXIII,
die unter dem Winkel γ4
zur Werkzeugachse A versetzt ist, so dass die Schmalplatte 402 an
ihren Seitenwänden 422, 424 gleichmäßig an die
Verstellkeilfläche 414 und
die radiale Führungsfläche gedrückt wird
und die resultierende Belastung der Spannschraube 404 über das
Mutterteil 436 zumindest teilweise in eine Zugbelastung
umgewandelt werden kann. Bei gängigen
Schneidplatten und -lagen beträgt
der Winkel γ4
dabei beipielsweise 50°.
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Im weiteren zeigen die 25 bis 29 eine Werkzeugkassette 503 zum
Einbau an einem entsprechenden Zerspanungswerkzeug, beispielsweise einer
Stufenreibahle. Die Werkzeugkassette 503 ist dabei über eine
Spannschraube 550 gegen den Werkzeugkörper 500 (s. 29) vorspann- und fixierbar
und trägt
eine Schneidplatte 502, die analog der in den 9 bis 12 gezeigten Ausführungsformen mittels einer
Druckschraube 510 über
einen Doppelkeil mit einem Verstellkeil 512 einstellbar
ist. Dabei ist ein Mutterteil 536 vorgesehen, über das die auf
die Spannschraube 504 seitlich eingeleiteten Querkräfte ausgeglichen
werden. Das Mutterteil 536 ist dabei unterseitig abgeflacht,
so dass es in eine Aufnahme passt, die beim Einbau zwischen der Werkzeugkassette 503 und
dem Werkzeugkörper entsteht.
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Zusätzlich zur Spann- und Justiervorrichtung zur
radialen Verstellung der Lage der Schneidplatte 502 auf
der Werkzeugkassette 503 ist eine zweite Spann- und Justiervorrichtung 552 vorgesehen,
mit der die axiale Lage der Kassette 503 gegenüber dem Werkzeugträger eingestellt
werden kann. Dabei kann durch die Bohrung 552 eine Druckschraube
mit abgeschrägter
Fläche
eingeschraubt werden, die beispielsweise über einen entsprechenden Schiebekeil auf
einen am Werkzeugträger
vorgesehenen Absatz drückt
und somit die axiale Lage der Kassette 503 zum Werkzeugträger 500 einstellt.
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Schließlich zeigen die 30 und 31 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spann-
und Justiervorrichtung 601. Abweichend von den bisherigen
Ausführungsformen
kommt dabei eine als Madenschraube ausgestaltete Druckschraube 610 zum
Einsatz, die an ihrer Stirnseite eine als Kegelmantelfläche gestaltete
Druckfläche 619 aufweist.
Der Antriebskeil 615 ist dabei Teil einer konischen Ausnehmung 670 auf
dem Doppelkeilstift 612, 615. Auf diese Weise
kann auf einen Druckkeil zwischen Druckschraube und Antriebskeil
verzichtet werden. Der Konus der den Antriebskeil 615 bilenden Ausnehmung 670 hat
dabei den gleichen Konuswinkel wie die kegelige Druckfläche 619,
so dass die Druckfläche 619 beim
Einschrauben der Druckschraube 610 zur Anlage an der linienförmigen Antriebskeilfläche 616,
kommt und eine gute Kraftübertragung
gewährleistet
ist.
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Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich weitere,
nicht gezeigte Abwandlungen möglich.
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So könnte beispielsweise neben der
radialen Verstelleinrichtung auch bei Werkzeugen ohne Werkzeugkassette
eine zusätzliche
axiale Verstelleinrichtung vorgesehen sein.
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Ferner kann beispielsweise am Verstellkeil oder
am Umfang der die Druckschraube aufnehmenden Bohrung eine Skala
vorgesehen sein. Durch einen Abgleich mit einer entsprechenden Markierung am
Werkzeugträger
bzw. auf der Druckschraube kann dann nach dem Messen der Lage der
Schneidkante im vorgespannten Zustand abgelesen werden, wie weit
die Spann- und Justiervorrichtung bis zum Erreichen der gewünschten
Lage noch verstellt werden muss. Eine direkte Steuerung der Schneidkantenverstellung
kann somit vorgenommen werden, die eine iterative Schneideneinstellung
(Anziehen der Schraube, Messen der Schneidenverstellung an der Schneide,
Nachziehen der Schraube usw.) ersetzt.
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Die vorgestellte Spann- und Justiervorrichtung
eingnet sich dabei ebenso wie das gezeigte zerspanungswerkzeug und
die gezeigte Werkzeugkassette insbesondere zum Einsatz bei Feinbearbeitungsaufgaben,
die beispielsweise von Reibahlen vorgenommen werden, insbesondere
bei Einsatz von Stufenreibahlen. Aber auch bei Bohrern, Fräsern oder
Drehstählen,
bei denen es besonders auf eine maßgenaue Zerspanung ankommt,
ist die Erfindung vorteilhaft. Bei Werkzeugen, die mit mehreren Schneideinsätzen bestückt sind
ist es dabei denkbar jeden oder beipielsweise nur einen der Schneideinsätze erfindungsgemäß auszustatten.
Dabei ist auch eine zweiachsige Einstellung der Schneidenlage über zwei separate
Spann- und Justiervorrichtungen an einem Schneideinsatz denkbar.
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Zusammenfassend sind diejenigen Merkmale
zusammengestellt, in denen sich einzeln und in jedweder Kombination
miteinander die Erfindung verkörpert:
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Eine Spann- und Justiervorrichtung
(1; 101; 201; 301; 401; 501)
für ein
Zerspanungswerkzeug, wobei ein plattenförmiger Schneideinsatz (2; 102; 202; 302; 402; 502)
mittels einer Vorspann- und Fixiereinrichtung (4; 104; 204; 304; 404; 504),
insbesondere einer Spannschraube (4; 104; 204; 304; 404; 504),
mit seiner Bodenfläche
(20; 120; 220; 320; 420; 520)
gegen eine Sitzfläche
(30; 130; 230; 330; 430; 530)
derart vorspann- und
fixierbar ist, dass er sich mit Seitenwandabschnitten (22, 24; 122, 124; 222, 224; 322, 324; 422, 424; 522, 524)
lagefixiert an einem Schneidenträger
(3; 103; 203; 303; 403; 503) abstützt und
sich verstellen lässt;
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Ein Verstellkeil (12; 112; 212; 312; 412; 512) ist
mittels einer Druckschraube (10; 110; 210; 310; 410; 510)
in einer im wesentlichen parallel zur Sitzfläche (30; 130; 230; 330; 430; 530)
verlaufenden Richtung (V) antreibbar;
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der Verstellkeil (12; 112; 212; 312; 412; 512) ist
im Schneidenträger
(3; 103; 203; 303; 403; 503) formschlüssig und
verschiebbar aufgenommenen;
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der Schneideinsatz (2; 102; 202; 302; 402; 502)
stützt
sich über
den Verstellkeil (12; 112; 212; 312; 412; 512)
ab;
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der Schneideinsatz (2; 102; 202; 302; 402; 502)
ist über
einen Spannkopf (40; 140; 240; 340; 440; 540)
mit einem ersten Seitenwandabschnitt (22; 122; 222; 322; 422; 522)
gegen eine Verstellkeilfläche
(14; 114; 214; 314; 414; 514)
des Verstellkeils (12; 112; 212; 312; 412; 512)
drückend
vorspann- und fixierbar;
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der Schneideinsatz (2; 102; 202; 302; 402; 502)
ist über
einen Spannkopf (40; 140; 240; 340; 440; 540)
mit einem im Winkel zum ersten Seitenwandabschnitt (22; 122; 222; 322; 422; 522)
ausgebildeten zweiten Seitenwandabschnitt (24; 124; 224; 324; 424; 524)
gegen eine Führungsanschlagsanordnung
drückend
vorspann- und fixierbar;
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die Führungsanschlagsanordnung ist
eine Führungsfläche (32; 132; 232; 332; 432; 532)
am Schneidenträger
(3; 103; 203; 303; 403; 503);
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der Schneideinsatz (2; 102; 202; 302; 402; 502)
ist als rautenförmige
Schneidplatte ausgebildet;
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eine spitzwinklige Ecke des Schneideinsatzes
(2; 102; 202; 402; 502)
ist von der Verstellkeilfläche
(14; 114; 214; 414; 514)
und der Führungsfläche (32; 132; 232; 432; 532)
eingefasst;
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an der Verstellkeilfläche (14; 114; 214; 314; 414; 514)
und der Führungsfläche (32; 132; 232; 332; 432; 532)
stützen
sich die Seitenwände
der Schneidplatte im wesentlichen vollflächig ab;
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die Verschieberichtung (V) des Verstellkeils (12; 112; 212; 312; 412; 512)
weicht maximal 75° von der
Axialrichtung (A) abweicht, vorzugsweise um einen Winkel (φ) von maximal
15° oder
ist gleich der Axialrichtung (A) des Werkzeugs;
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zwischen der Verstellkeilfläche (14; 114; 214; 314; 414; 514)
und der Antriebsrichtung (V) des Verstellkeils (12; 112; 212; 312; 412; 512)
ist ein Keilwinkel (α1; α3) zwischen
1° und 50°, insbesondere
zwischen 5° und
25° vorgesehen;
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die Druckschraube (10; 110; 210; 310; 410; 510)
ist im Winkel zur Verstellkeilfläche
(14; 114; 214; 314; 414; 514)
auf einen Antriebskeil (15; 115; 215; 315; 415; 515)
wirkend angeordnet;
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der Verstellkeil (12; 112; 212; 312; 412; 512) ist über den
Antriebskeil (15; 115; 215; 315; 415; 515) antreibbar;
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der Antriebskeil (15; 115; 215; 315; 415; 515) und
der Verstellkeil (12; 112; 212; 312; 412; 512)
sind in einer gemeinsamen, in der Verschieberichtung (V) verlaufenden
Keilaufnahme (133; 233; 333; 433; 533)
angeordnet; der Verstellkeil (12; 112; 212; 312; 412; 512; 612)
und der Antriebskeil (15; 115; 215; 315; 415; 515; 615)
sind als Ausnehmungen an einem einstückigen Doppelkeilstift (12, 15; 112, 115; 212, 215; 312, 315; 412, 415; 512, 515; 612, 615) ausgebildet;
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die Druckschraube (10; 110; 210; 310; 410; 510; 610)
verläuft
vom Werkzeugumfang her im wesentlichen radial zur Werkzeugachse
(A) hin;
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die Ausnehmungen am Doppelkeilstift
(12, 15; 112, 115; 212, 215; 312, 315; 412, 415; 512, 515; 612, 615)
sind keilförmig
ausgeformt;
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der Antriebskeil (619) wird
durch eine konische Ausnehmung {670) gebildet;
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die Druckschraube (610)
weist eine stirnseitige Druckfläche
(619) auf, die kegelmantelförmig ausgebildet ist, so dass
die Druckschraube (610) drehbar an ihrer Druckfläche (619)
am Antriebskeil (615) anliegt;
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der Kegelwinkel der Druckfläche (619)
entspricht dem Kegelwinkel der konischen Ausnehmung (670),
so dass die Druckschraube (610) linienförmig an einer Antriebskeilfläche (616)
anliegt;
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die Druckschraube (10; 110; 210; 310; 410; 510)
ist stirnseitig auf einen koaxial geführten Druckkeil (10a; 110a; 310a; 410a)
drückbar,
der eine Druckfläche
(19; 319) zur Druckübertragung auf die Antriebskeilfläche (16; 116; 316; 416)
des Antriebskeils (15; 115; 215; 315; 415; 515)
aufweist;
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die Druckfläche (19; 319)
am Druckkeil (10a; 110a; 310a; 410a)
ist derart an die Antriebskeilfläche (16; 116; 316; 416)
angepasst, das sie flächig
anliegt;
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der Verstellkeilwinkel (α1; α3) ist kleiner
als der Antriebskeilwinkel (ß1; ß3);
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die Verstellkeilfläche (14; 114; 214; 414; 514) und
die Antriebskeilfläche
(16; 116; 216; 416; 516) sind
konkav am Doppelkeilstift (12, 15; 112, 115; 212, 215; 412, 415; 512, 515)
vorgesehen;
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die Verstellkeilfläche (314)und
die Antriebskeilfläche
(316) sind konvex am Doppelkeilstift (312, 315)
vorgesehen;
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der Doppelkeilstift (12, 15; 112, 115; 212, 215; 412, 415; 512, 515)
ist als Zylinderbolzen mit keilförmigen
Ausnehmungen ausgebildet;
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der Doppelkeilstift (12, 15; 112, 115; 212, 215; 412, 415; 512, 515)
ist in einer entsprechenden Keilaufnahmebohrung (133; 233; 333; 533)
angeordnet;
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der Doppelkeilstift (412, 415)
ist als Bolzen mit trapezförmigem
Querschnitt ausgebildet;
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der Doppelkeilstift (412, 415)
ist senkrecht zur Sitzfläche
(430) gesichert in einer entsprechenden Keilaufnahme (438)
angeordnet;
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eine Auswurffeder (18; 418)
drückt
mit ihrer Federkraft entgegen der Verschieberichtung (V) gegen den
Verstellkeil (12; 412);
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ein Begrenzungsanschlag (361)
begrenzt die maximale Verschiebung (Δk) des Verstellkeils (312);
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ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere ein
drehangetriebenes Zerspanungswerkzeug, weist zumindest eine Spann-
und Justiervorrichtung (101; 201; 301; 401; 501),
auf, wobei ein plattenförmiger Schneideinsatz
(102; 202; 302; 402; 502)
mittels einer Spannschraube (104; 204; 304; 404; 504)
mit seiner Bodenfläche
(120; 220; 320; 420; 520)
gegen eine Sitzfläche
(130; 230; 330; 430; 530)
derart vorspann- und fixierbar ist, dass er sich mit einem ersten Seitenwandabschnitt
(122; 222; 322; 422; 522)
lagefixiert an einer Fläche
(114; 214; 314; 414; 514)
der Spann- und Justiervorrichtung (101; 201; 301; 401; 501)
abstützt;
-
die Spannschraube (104; 204; 304; 404; 504)
ist durch eine Durchgangsbohrung (134; 234; 334; 434; 534)
hindurch mit einem Mutterteil (136; 236; 336; 436; 536)
verschraubbar;
-
das Mutterteil (136; 236; 336; 436; 536)
ist im Schneidenträger
(103; 203; 303; 403; 503)
in einer Mutterteil-Führungsaufnahme
(138; 238; 338; 438; 538)
mit einem Freiheitsgrad in einer Mutterteil-Führungsrichtung (E) verschiebbar
gelagert;
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die Mutterteil-Führungsrichtung (E) hat eine Komponente
(Ek) senkrecht zum ersten Seitenwandabschnitt
(122; 222; 322; 422; 522);
-
die Mutterteil-Führungsaufnahme (138; 238; 338; 438; 538)
ist eine in Mutterteil-Führungsrichtung (E)
vom Außenumfang
des Schneidenträgers
(103; 203; 303; 403; 503)
aus eingebrachte Bohrung {103; 203; 303; 403; 503);
-
das Mutterteil (136; 236; 336; 436; 536)
ist ein in der Bohrung verschiebbarer Stift (136; 236; 336; 436; 536);
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der Schneideinsatz (202; 402)
stützt
sich an einem zweiten Seitenwandabschnitt (224; 424)
an einer Führungsfläche (232; 432)
ab;
-
die Führungsrichtung (E) weist eine
Komponente (Ef) senkrecht zum zweiten Seitenwandabschnitt
(224; 424) auf;
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die Mutterteil-Führungsaufnahme (238; 438) zeigt
zu einer spitzwinkligen Ecke des Schneideinsatzes (202; 402)
hin, die vom ersten (222; 422) und zweiten Seitenwandabschnitt
(224; 424) eingefasst wird;
-
die Führungsrichtung (E) hat eine
Komponente (Es) in Richtung der Achse (S) der Spannschraube (104; 204; 304; 404; 504);
-
ein Verhältnis der Komponente (Es) in
Richtung der Achse (S) der Spannschraube (104; 204; 304; 404; 504)
zu den restlichen Komponenten (Ek, Ef) der Führungsrichtung
(E) beträgt
10 – 50%,
insbesondere 20 – 35%,
beispielsweise 25 – 30
%.
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das Zerspanungswerkzeug ist als Stufenwerkzeug
ausgestaltet;
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die einzustellende Schneidplatte
(102; 202; 302; 402; 502)
ist an der Stufe vorgesehen;
-
eine Werkzeugkassette (503)
ist mit einer Spann- und Justiervorrichtung (501), insbesondere nach
einem der vorausgehenden Merkmale ausgestattet;
-
eie Werkzeugkassette (503)
dient zum Einbau in ein Zerspanungswerkzeug;
-
ein plattenförmiger Schneideinsatz (502)
ist mittels einer Vorspann- und Fixiervorrichtung {504), insbesondere
einer Spannschraube (504), mit seiner Bodenfläche (520)
gegen eine Sitzfläche
(530) derart vorspann- und fixierbar, dass er sich mit
Seitenwandabschnitten (522, 524) lagefixiert an
der Kassette (503) abstützt,
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ein mittels einer Druckschraube (510)
antreibbarer Verstellkeil (512) ist in der Werkzeugkassette
(503) formschlüssig
und verschiebbar aufgenommenen;
-
über
den Verstellkeil (512) stützt sich der Schneideinsatz
(502) mit einem ersten Seitenwandabschnitt (522)
ab;
-
eine Spannschraube (550)
ist zum lagebestimmten Fixieren der Werkzeugkassette (503)
auf dem Werkzeug (500) vorgesehen;
-
mit einer zweiten Spann- und Justiervorrichtung
(552) ist die axiale Lage der Werkzeugkassette (503)
auf dem Werkzeug (500) einstellbar.
-
- 3;
103; 203; 303; 403; 503
- Schneidenträger
- 30;
130; 230; 330; 430; 530
- Sitzfläche
- 32;
132; 232; 332; 432; 532
- Führungsfläche
- 133;
233; 333; 433; 533
- Keilaufnahme
- 34;
134; 234; 334; 434; 534
- Durchgangsbohrung
- 136;
236; 336; 436; 536; 636
- Mutterteil
- 138;
238; 338; 438; 538
- Mutterteil-Aufnahme
-
-
- 39;
139; 239; 339; 439; 539
- Axialbohrung
- 4;
104; 204; 304; 404; 504
- Spannschraube
-
-
- 40;
140; 240; 340; 440; 540;
- Spannkopf
- 640
-
- 41;
141; 641
- Torx
- 2;
102; 202; 302; 402; 502; 602
- Schneideinsatz
- 20;
120; 220; 320; 420; 520
- Bodenfläche
-
-
- 22;
122; 222; 322; 422; 522; 622
- erste
Seitenwand
- 24;
124; 224; 324; 424; 524; 624
- zweite
Seitenwand
- 1;
101; 201; 301; 401;
- Spann-
und Justiervorrichtung
- 501;
601
-
- 10;
110; 210; 310; 410; 510; 610
- Druckschraube
- 10a;
110a; 310a; 410a
- Druckbolzen
- 11;
611
- Innensechskant
- 19;
319
- Druckfläche
- 12,
15; 112, 115; 212, 215; 312,
- Doppelkeilstift
- 315;
412, 415; 512, 515; 612, 615
-
- 12;
112; 212; 312; 412; 512; 612
- Verstellkeil
- 13;
113; 213; 313; 413; 513
- Verstellkeilabstützfläche
- 14;
114; 214; 314; 414; 514; 614
- Verstellkeilfläche
- 15;
115; 215; 315; 415; 515; 615
- Antriebskeil
- 16;
116; 216; 316; 416; 516; 616
- Antriebskeilfläche
- 17
- zweite
Abstützfläche
- 18;
418; 618
- Auswurf-Feder
- 360
- Begrenzungsanschlag
- 503
- Kassette
- 500
- Kassettenträger
- 550
- Verschraubung 503 – 500
- 552
- Axialverstell.
- A
- Werkzeugachse
- N
- Nebenschneide
- H
- Hauptschneide
- V
- Verschieberichtung
des Keils
- E
- Mutterteil-Führungsrichtung
- Ek
- Führungsrichtungskomponente
zum Keil
- Es
- Führungsrichtungskomponente
zur Schraube
- Ef
- Führungsrichtungskomponente
zur Führungsfläche
- α1; α3; α6
- Verstellkeilwinkel
- ß1; ß3
- Antriebskeilwinkel
- γ2; γ4
- Winkel
A – E
in Ebene von 230; 430
- Ɛ1; Ɛ2
- Winkel
E – 130; 230 in Ebene
XII; XV
- δ4
- Winkel 415 – 403 im Werkeugquerschnitt
- Δv
- Spiel
der Vorspannschraube
- Δk
- Verschiebung
des Keils
- Δr
- radialer
Versatz der Schneidplatte