DE4244316C2

DE4244316C2 - Zerspanungswerkzeug

Info

Publication number: DE4244316C2
Application number: DE4244316A
Authority: DE
Inventors: Paya Jose Agustin; Erwin Stallwitz
Original assignee: Widia GmbH
Current assignee: Widia GmbH
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2012-12-29
Also published as: CN1090801A; DE4244316A1; WO1994014558A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Schneideinsätze, die in Werkzeughaltern auswechselbar angeord net sind, haben den Vorteil, daß das eigentliche Werkzeug nach Verschleiß durch ein neues ersetzt werden kann, wodurch lange Stillstandszeiten ebenso wie höhere Kosten vermieden werden, wenn dem Verschleiß nicht ausgesetzte Teile (wie der Werkzeug halter) mit ausgetauscht werden müssen. Weitere Fortschritte brachte auch die sogenannte Wendeschneidplatte, die nach Ver schleiß einer Schneidecke bzw. Schneidkante durch Drehen so in dem Schneidplattensitz des Werkzeughalters positioniert werden konnte, daß eine nächste, zuvor noch nicht benutzte Schneide verwendet werden kann. Wendeschneidplatten sind bei praktisch allen Zerspanungsvorgängen, wie dem Drehen, Fräsen, Räumen, Stechen, Dreh-Räumen oder Dreh-Dreh-Räumen oder ähnlichen Vari anten bekannt.

Aus der DE 26 53 222 A1 ist darüber hinaus ein Schneidwerkzeug bekannt, auf dem wenigstens ein erstes Lokalisierungselement in Form eines Vorsprunges ausgebildet ist und der Werkzeug grundkörper ein Befestigungsauflager bildet, auf dem wenigstens ein zweites als Ausnehmung gestaltetes Lokalisierungselement ausgebildet ist. Die genannten Lokalisierungselemente sind jedoch so ausgebildet, daß sie ineinander einsetzbar sind, so daß der Einsatz und das Auflager in einer bestimmten auswähl baren, relativen Ausrichtung zueinander festgelegt sind und eine relative Verschiebung zwischen Einsatz und Auflager ver hindert ist, wenn diese fest miteinander verklemmt sind. Abge sehen davon, daß es sich hierbei um kein Zerspanungswerkzeug mit einer zylindrischen oder kegelstumpfsegmentartigen oder konischen seitlichen Anlagefläche handelt, dienen die genannten Lokalisierungselemente als Formschluß- und Klemmelemente mit der Gefahr einer geometrischen Überbestimmung.

Die DE 28 26 564 C2 betrifft einen an einem langgestreckten Schaft einstellbar gesicherten Schneidplattenhalter in Form einer Kassette, auf der eine Dreieck-Wendeschneidplatte posi tioniert wird. Der Schneidplattenhalter weist ein allgemein zylindrisches Hauptteil sowie ein von der Seitenfläche des Hauptteiles wegstehendes Schneidplattenstützteil auf, wobei dieser großvolumige Teil eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Schraubbolzens aufweist, womit der Schneidplattenhalter an dem Werkzeughalter befestigt wird. Zur Ausrichtung der Winkellage des Schneidplattenhalters relativ zum Schaft ist eine Einstell vorrichtung vorgesehen, die winkelförmig angeordnete Vertiefun gen auf der Oberfläche des Schneidplattenhalters sowie eine Einstell- und Feststellschraube aufweist, die mit dem oberen Arm des Schaftes des Werkzeughalters in Schraubverbindung steht, um wahlweise mit einer der Vertiefungen auf der Oberflä che des Schneidplattenhalters in Eingriff zu kommen. Diese Aus führungsform benötigt jedoch einen großen Platzbedarf.

Die DE 38 18 970 C1 beschreibt ebenfalls ein Werkzeug, auf dem ein in einer Aufnahme einer Zwischenplatte unverdrehbar gehal tene Schneidplatte befestigt ist, wobei die Zwischenplatte in einer kreisbogenförmigen Aussparung des Werkzeugträgers ver drehbar und in mehreren Winkelstellungen zum Werkzeugträger arretierbar ist, wozu die Zwischenplatte bzw. die Aussparung Ansätze trägt, die in eine von mehreren Ausnehmungen gleichen Querschnitts der Aussparung bzw. Zwischenplatte einsetzbar sind. Die Zwischenplatte besitzt eine Aufnahme für eine drei eckige Wendeschneidplatte.

Die DE 33 21 184 A1 beschreibt ein Drehwerkzeug mit einem Hal ter für einen auswechselbaren Schneideinsatz, der eine Ausspa rung aufweist, in die eine Erhöhung in der Auflagefläche des Halters im nicht gespannten Zustand mit Spiel eingreift. Hier mit soll erreicht werden, daß die Senkschraube bei Eingriff in das Befestigungsloch leicht in die Bohrung des Halters durch die Bohrung des Schneideinsatzes eingeführt werden kann. Wird die Senkschraube zur Schneideinsatzbefestigung angezogen, bil den die beim Anziehen der Schraube gegenüberliegenden jeweili gen Flächen der genannten Ausnehmung und der genannten Erhöhung die seitliche (und einzige) Anlage des Schneideinsatzes am Hal ter, da die rückseitige Schneidplattenfreifläche im Abstand zur gegenüberliegenden Schneidplattensitzwandfläche liegt. Weiter hin kann der Schneideinsatz Ausnehmungen im Boden oder der Freifläche besitzen, in die beim Aufsetzen des Schneideinsatzes auf den Halter zwei am Halter vorgesehene Stifte eingreifen, die mit ihren, ggf. schrägen Endflächen der Aussparung die Anlageflächen bilden. Auch hierdurch kann die Gefahr eines Ver klemmens des Schneideinsatzes gegeben sein.

Die EP 0 091 408 A1 beschreibt ein Zerspanungswerkzeug mit einem Werkzeughalter und einem Schneideinsatz, der konvexe Schneid kantenabschnitte aufweist, die durch Aussparungen in der Frei fläche unterbrochen werden. Diese Aussparungen besitzen eine plane Stützfläche, an der im geklemmten Zustand ein Anschlag eines Haltervorsprunges zur Vermeidung einer Drehbewegung des Schneideinsatzes relativ zum Halter ohne Spiel anliegt.

Soweit die Schneideinsätze nicht bereits durch ihre äußere Geometrie, der der Schneidplattensitz des Werkzeughalters jeweils angepaßt ist, zwangsläufig ausgerichtet sind, wie dies z. B. bei drei-, vier- oder sechseckigen Schneideinsätzen der Fall ist, müssen die Schneideinsätze jeweils justiert werden. Dies gilt insbesondere für solche Schneideinsätze, die an ihrer Spanfläche Spanformelemente besitzen, die in bezug auf die Spanablaufrichtung ausgerichtet sind. Stimmen der tatsächliche Spanablaufwinkel und der in bezug auf die Spanformelemente gewünschte optimale Spanablaufwinkel nicht überein, kann es zu einer zumindest teilweisen Unwirksamkeit der Span formelemente oder einem erhöhten Verschleiß dieser Teile kom men. Entsprechendes gilt auch in bezug auf sonstige Spanflä chen-, Freiflächen- oder Schneidkantengeometrien, soweit diese eine spezielle Ausrichtung der Wendeschneidplatte in bezug auf das Werkstück erfordern.

Bei solchen Schneidplatten, die entweder in einer Draufsicht gesehen kreisrund sind oder in ihrer Anlagefläche an den Werk zeughalter kreissegmentartig ausgeformt sind, ist jeweils nach Neuausrichtung des Schneideinsatzes zu überprüfen, ob die ein gestellte Lage der Justiervorschrift genügt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zerspanungswerk zeug der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß dieses in leicht handhabbarer Weise ohne hohen konstruktiven Aufwand eine eindeutige Ausrichtung der Schneideinsätze ohne die Gefahr eines Verklemmens zuläßt.

Diese Aufgabe wird durch das Zerspanungswerkzeug nach An spruch 1 gelöst. Zwischen den Vertiefungen und den Erhöhungen eines Indexiermittels bestehen Freiräume in Form eines Spieles, damit eine Überbestimmung der Lage des Schneideinsatzes in bezug auf den Schneideinsatzsitz im Werkzeughalter vermieden wird, die im ungünstigsten Fall zu einem Verklemmen führen kann. Als Indexiermittel können alle geometrischen Formen die nen, die eine Lageorientierung des Schneideinsatzes in bezug auf die Werkzeughalteraufnahme ohne Formschluß der ineinander greifenden Erhöhungen und Vertiefungen ermöglichen. Spezielle Ausführungsformen sind die eines Bolzens, eines Stiftes oder einer Kugelkalotte sind, denen entsprechende Ausnehmungen, Nuten oder Bohrungen gegenüberstehen. In der Praxis bereitet die Fertigung von Indexiermitteln keinen hohen Aufwand, da bei spielsweise in der Basisfläche einzubringende Vertiefungen di rekt beim pulvermetallurgischen Pressen des Sinterkörpers ebenso wie sonstige Spanformelemente eingebracht werden können. Entsprechendes gilt für die Herstellung von Werkzeughaltern, in deren Auflagefläche oder seitliche Anlagefläche Bolzen, Kalot ten oder sonstiges angeordnet sein können. Die Indexiermittel bestehen regelmäßig aus einem positiven sowie einem negativen Teil (male-female), die ineinandergreifen, so daß nur eine oder mehrere vorbestimmte Lagen des Schneideinsatzes in bezug auf die Werkzeughalteraussparung möglich sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die In dexiermittel polygonal unsymmetrisch geformt, so daß sie in bezug auf eine Schneideinsatzsorte eineindeutig sind.

Um der Bedienungsperson eine leichte Kontrolle über das rich tige Positionieren der Schneideinsätze in der Ausnehmung des Werkzeughalters zu ermöglichen, sind die Vertiefungen im Über gang zu der Basis- oder Seitenfläche des Schneideinsatzes oder der betreffenden korrespondierende Flächen des Werkzeughalters scharfkantig ausgeführt. Das Überfahren einer "Ecke" bzw. scharfen Kante läßt sich leichter feststellen als das Überfah ren eines "sanften Überganges". Bei den Indexiermitteln denkbar sind auch Kombinationen von Bolzen mit Kugelkalotten oder ähn lichen Varianten, soweit die im Spiel einzuhaltenden Toleranz maße noch eine hinreichende Lageorientierung der Schneidein sätze in bezug auf den Plattensitz erlauben.

Wird in Sonderfällen eine Unterlegplatte zwischen dem Schneid einsatz und der Auflagefläche im Werkzeughalter verwendet, so ist die Unterlegplatte (statt der Auflagefläche des Werkzeug halters) mit den Indexiermitteln ausgestattet, die mit den ent sprechenden Indexiermitteln der Basisfläche des Schneideinsat zes korrespondieren.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die In dexiermittelteile durch die Unterlegplatte durchgreifend aus geführt oder die Unterlegplatte ist gegenüber der Auflagefläche im Werkzeughalter selbst indexiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilansicht eines Werkzeughalters mit Aus sparung für einen Schneideinsatz,

Fig. 2a einen kreisrunden Schneideinsatz in einer Draufsicht auf die Basisfläche und

Fig. 2b eine Schnittansicht entlang der Linie A-A,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A des Schneideinsatzes nach Fig. 2a, der in eine Ausnehmung eines Werkzeugträgers nach Fig. 1 eingesetzt ist,

Fig. 4 einen Werkzeughalter mit eingesetztem Schneid einsatz in bezug auf verschiedene Zerspanungs kräfte,

Fig. 5a bis i verschiedene Möglichkeiten von Indexierungs mitteln.

Fig. 1 zeigt einen Werkzeughalter 10 mit einer Aussparung 11, welche begrenzt wird durch ein zylinder- bzw. kegelstumpfseg mentartigen Seitenwandteil 111 sowie eine Auflagefläche 112. Wie nach dem Stand der Technik bekannt, ist die Ausnehmung 11 als Schneideinsatzsitz ausgestaltet und geometrisch dem aufzu nehmenden Schneideinsatz angepaßt. Ebenso bekannt sind ein Ge winde-Befestigungsloch 12 zur Aufnahme einer eine Schneidplatte durchragenden Spannschraube. Erfindungsgemäß besitzt die Auflagefläche 112 einen senkrecht herausragenden Bolzen 13 als (male-)Teil des Indexiermittels.

Ein Schneideinsatz für die Ausnehmung 11 nach Fig. 1 ist aus Fig. 2a ersichtlich. Dieser Schneideinsatz 14 hat eine kreis runde Form, ein mittleres Befestigungsloch 15 sowie ein Pla teau 16 mit zur Schneidkante gerichteten einzelnen Spanformele menten 17. Im Anschluß an die Schneidkante kann auch noch eine Fase 18 oder eine Spanformnut oder ähnliches angeordnet sein.

Die Neuerung dieses Schneideinsatzes 14 besteht darin, daß er muldenförmige Ausnehmungen 19 auf gegenüberliegenden Seiten be sitzt, die im Querschnitt in Fig. 2b dargestellt sind. Die Form der Ausnehmung 19 kann sacklochförmig sein, ebenso eckig, abge rundet, trapezförmig oder, wie dargestellt, bogenförmig mit ei nem Öffnungswinkel α. Die Tiefe H der Ausnehmung 19 ist größer als die Höhe des Bolzens 13, soweit er aus der Fläche 112 her ausragt.

Die Art der Indexierung ist aus Fig. 3 ersichtlich, insbeson dere, daß die Bolzenhöhe 13 kleiner sein muß als die Tiefe der Ausnehmung 12. Zwischen dem Bolzen 13 und der Wandung der Aus nehmung 12 wird ein Abstand, ein Spiel 20 von bis zu 2/10 mm eingehalten. Hierdurch wird eine Überbestimmung verhindert. Statt des Bolzens 13 kann auch eine in der Kontur an die Kontur der Ausnehmung 19 angelehnte Erhebung, beispielsweise in Form einer Kugelkalotte oder einer rotationsellipsoiden Form oder sonstiger dreidimensionaler Kegelschnittformen gewählt werden. Auch können die ineinandergreifenden Erhebungen und Vertiefun gen in der Art eines Schlüssel-Schloßsystems als zusätzliche Sicherungselemente ausgebildet sein. Verwendet man einen In dexierbolzen, so richtet sich die Anzahl der Ausnehmungen 19 in dem Schneideinsatz danach, wie häufig dieser Schneideinsatz um einen Winkel gedreht werden soll. Im vorliegenden Fall bei zwei Ausnehmungen 19 ist nur ein einmaliges Drehen möglich, da alle anderen Winkellagen gesperrt sind.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, welche Zerspanungskräfte F₁ bis F₃ auftreten und wie diese durch reactio-Kräfte G₁ bis G₃ kompen siert werden. Hierbei können die Indexierungen 13/19 ggf. als Widerlager, insbesondere bei Kräften F₁ und F₃ wirken.

Fig. 5 zeigt eine Auswahl von möglichen Indexierungen. Die In dexierteile nach Fig. 5a bis e liegen allesamt in der Seiten fläche des dortigen kreisrunden Schneideinsatzes. Die Indexie rungen können vier Kugelkalotten als erhabene Teile 24 oder entsprechende Ausnehmungen 25 sein, die mit jeweiligen Vertie fungen oder erhabenen Teilen der Seitenfläche 111 (siehe Fig. 1) korrespondieren. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5c sind (zur Verdeutlichung in übertriebener Darstellung) glatt flächige Abfräsungen 26 geschaffen worden, die möglicherweise (im Unterschied zu den Indexierungen 24 und 25) auch bis in den Schneidkantenbereich reichen können. Der Schneideinsatz nach Fig. 5d besitzt vier Sackbohrungen 27, während der Schneidein satz nach Fig. 5e einen Bolzen 28 aufweist.

Indexierteile in der Basisfläche des Schneideinsatzes, ggf. in den beiden Spanflächen bei Wendeschneidplatten, zeigen Fig. 5f bis 5i. Beispielsweise kann der Schneideinsatz eine diagonal sich erstreckende Vertiefung 29 oder vier kreuzweise angeord nete erhabene Längsrippen 30 oder auch drei oder mehr erhabene Kugelkalotten 31, 32 aufweisen, die mit entsprechenden Wülsten, Nuten oder kalottenartigen Vertiefungen korrespondieren. Wie in Fig. 5i dargestellt, kann auch die Vertiefung des Schneidein satzes eine polygonale, völlig unsymmetrische Form 32 haben, die darüber hinaus als Sicherungselement im Hinblick auf eine entsprechende Fassung in der Auflage dienen kann. Sämtliche In dexierungen sind sowohl in korrespondierender Weise in der Auf lagefläche des Werkzeugträgers 10 ebenso möglich wie in einer hierauf angeordneten Unterlegscheibe, die selbst gegenüber der Auflagefläche indexiert sein kann.

Unter Verwendung eines Schneidkörpers der Sorte RNMX 1205 Mo/Sorte P-CVD 2 ist eine Stahl-Kurbelwelle radial und axial bearbeitet worden, wobei die Schnittiefe zwischen 0,5 bis 3,0 mm, der Vorschub zwischen 0,35 bis 0,5 mm/v und die Schnittgewindigkeit bei 160 bis 400 m/min lag. Die Standmenge konnte zur herkömmlichen Bearbeitung um einen Faktor 4 bis 5 bei ca. 10% reduzierter Bearbeitungszeit erhöht werden.

In einem weiteren Versuch ist der Schneidkörper der Sorte RNMX 1205 Mo/Sorte HK 150 für die Radial- und Axialbearbeitung bei einer Schnitttiefe von 2,5 mm, einem Vorschub von 0,35 bis 0,45 mm/v und Schnittgeschwindigkeiten von 175 bis 190 m/min eingesetzt worden. Hierbei konnte die Standmenge zur herkömm lichen Bearbeitung um einen Faktor 3 bis 4 erhöht werden. Die Bearbeitungszeit reduzierte sich um ca. 10%, wobei zusätzlich eine Geräuschminderung bei der Bearbeitung festzustellen war.

Claims

1. Zerspanungswerkzeug mit einem mindestens eine Ausspa rung (11) für einen auswechselbaren, in einer Draufsicht kreisrunden Schneideinsatz (14) aufweisenden Werkzeughal ter (10), wobei die Aussparung (11) jeweils eine der Schneideinsatzgeometrie angepaßte Auflagefläche (112) und mindestens eine zylinder- oder kegelstumpfsegmentartige oder konische seitliche Anlagefläche (111) aufweist und der Schneideinsatz (14) und die Aussparung (11) eine durch deren Anordnung vorbestimmte Lage des Schneideinsat zes (14) in bezug auf den Halter (10) ermöglichende Indexiermittel (13, 19; 24 bis 32) besitzt, die aus jeweils ineinandergreifenden Vertiefungen (19) und Erhö hungen (13) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ineinandergreifenden Erhöhungen und Ver tiefungen nach allen Seiten Freiräume in Form eines Spie les (20) bestehen, das zu mindestens einer Seite hin 0,1 mm bis 0,2 mm beträgt.

2. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Erhöhungen (13) aus einem Bolzen, einem Stift oder einer Kugelkalotte und die Vertiefungen aus einer Sackbohrung oder Ausfräsung (19) bestehen.

3. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneideinsatz die Indexiermittel an seiner der Anlagefläche (111) des Werkzeughalters (10) zugewandten Seitenfläche (33) und/oder in seiner Basisfläche aufweist.

4. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Indexiermittel (32) aus po lygonalen unsymmetrischen Formen bestehen.

5. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen im Übergang zu der Basis- oder Seitenfläche des Schneideinsatzes scharf kantig ausgeführt sind.

6. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schneideinsatz (14) und der Auflagefläche (112) im Werkzeughalter (10) eine Unterlegplatte angeordnet ist, die Teile der mit den in der Schneideinsatzbasisfläche korrespondierenden Teile der Indexiermittel (13, 19; 22, 23; 24 bis 32) aufweist.

7. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Indexiermittelteile durch die Unterlegscheibe greifen oder die Unterlegplatte gegenüber der Auflageflä che (112) im Werkzeughalter (10) selbst indexiert ist.