DE4330826A1 - Schneidwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.

Ein Schneidwerkzeug dieser Art ist aus der EP -0084607 B1 bekannt. Die Schneidplatte hat eine im wesentlichen dreieckförmige Kontur, wobei drei ebene Formschluß- Seitenflächen gebildet sind, die mit einem imaginären gleichseitigen Dreieck zusam­ menfallen. Die Schneidplatte paßt in eine Stirnausnehmung eines Halters, der drei ebene Formschluß-Seitenflächen aufweist, wobei zwischen jeweils zwei dieser Seitenflächen am Außenumfang des Schaftes eine Umfangsausnehmung gebildet wird, durch die jeweils ein Zahn der Schneidplatte über den Halterumfang radial vorsteht. Die Schneidplatte hat sich in der Praxis recht gut bewährt. Werden jedoch besonders hohe Schneidkräfte verlangt, so treten Festigkeitsprobleme auf. Die an der Schneidplatte tangential angreifende Schnittkraft bewirkt nämlich eine Biegebeanspruchung an den die Schneidplatte haltenden sehnenabschnittartigen Vorsprüngen. Die Passungstoleranz, die zwischen der Schneidplatte und Plattenaufnahme am Halter gegeben ist, erlaubt innerhalb dieser Toleranz eine geringfügige Verdrehung der Schneidplatte im Plattensitz. Hierdurch ergibt sich eine kritische Berührungsstelle zwischen Platte und Plattenaufnahme jeweils an den Enden der Vorsprünge in Form einer Linienberührung. Bei der Warmbehandlung des Halters ist es nicht zu vermeiden, daß die spitz zulaufenden Enden der Vorsprünge in der Regel durchgehärtet und dadurch sehr spröde sind, was bei entsprechender Belastung unter höherer Zerspanleistung zum Bruch der Vorsprünge führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es das Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Schnittkräfte erhöht werden können, ohne daß Bruchgefahr am Fräswerkzeug besteht.

Diese Aufgabe wird alternativ durch die Kennzeichnungsmerkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß der Ansatz mit der Schneidplatte oder mit dem Halter einstückig ausgebildet sind. Im ersten Fall bildet die Schneidplatte mit ihrem Ansatz ein einstückiges Sinterteil, bei dem die Stirnfläche des Ansatzes plangeschliffen ist und exakt rechtwinklig zu dessen Seitenflächen verläuft. Der axiale Ansatz der Schneidplatte ist nun hinsichtlich seiner vorzugsweisen Dreieck-Konvexpolygon-Kontur bezüglich der drei Schneidzähne vorzugsweise so orientiert, daß die gerundeten "Ecken" des Polygons im Bereich der Zahnfüße liegen. Die genaue Winkelzuordnung des Dreieck- Polygons zur Zahnanordnung, bei der die konvex gekrümmte Rückenfläche eines Zahnes an einer Verbindungsstelle stetig und tangential in eine konkave, zur Vorderfläche des be­ nachbarten Zahnes führenden Verbindungsfläche übergeht, läßt sich erfindungsgemäß so kennzeichnen, daß die Stellen mit geringster Radialerstreckung des Dreieck- Konvexpolygons in einem Toleranzbereich von höchstens 30° mit diesen Verbindungsstellen der Zähneanordnung in denselben Radialebenen liegen.

Der Halter für die mit dem Ansatz versehene Schneidplatte unterscheidet sich von dem Halter des bekannten Schneidwerkzeuges dadurch, daß seine Stirnausnehmung bzw. die in Umfangsabständen angeordneten Ausnehmungen umfangsgeschlossen ist bzw. sind und ihre innere Formschluß-Seitenfläche in Form eines Mehreck vorzugsweise Dreieck-Polygons komplementär zur derjenigen des Ansatzes ausgebildet ist. Die Tiefe der Stirnausnehmung ist kleiner als die Dicke der Schneidplatte und sogar kleiner als die Höhe des Ansatzes der Schneidplatte. Der oder die Zähne der Schneidplatte liegen somit in einem von der Stirnseite des Halters axial distanzierten Bereich.

Die erfindungsgemäße Alternative mit einem dem Halter zugeordneten Ansatz verbil­ ligt die Herstellung der Schneidplatte, weil diese nur noch aus dem Scheibenringkör­ per mit Schneidzahn oder -zähnen und dem zentralen Mehreck-Innenpolygon zu be­ stehen braucht. Vorzugsweise schließt sich - ggf. durch einen Ringflansch distanziert - an den Innenpolygonraum zur einen Seite eine Raumverbreiterung auch in Form mehrerer umfangsdistanzierter Verbreiterungsabschnitte an, die zur Aufnahme des Kopfes der Befestigungsschraube dient.

Bei vorstehender Alternative kann der Ansatz gemäß Anspruch 8 einstückig am Halter ausgebildet sein. Die weitere Möglichkeit bildet der Gegenstand von Anspruch 9. Die Verwendung eines separaten mehreck-konvexpolygonalen Kupplungselemen­ tes, das entweder nur in einen entsprechend komplementär ausgebildeten Hohlraum des Halters eingesteckt und dann zusammen mit der Schneidplatte am Halter festge­ schraubt wird, oder auch unlösbar im Halter festgeklebt wird, rationalisiert die Her­ stellung und vereinfacht die Reparatur im Fall einer Beschädigung des Ansatzes.

Es versteht sich, daß dieses separate Kupplungselement auch in der Schneidplatte eingesetzt und mit dieser durch Schrumpfen oder Verkleben fest verbunden wird.

Erfindungsgemäß sind die Abschnitte der Formschluß-Seitenflächen der Schneidplatte und des Halters nicht mehr vorneinander getrennt, sondern hängen zusammen, er­ strecken sich also um den gesamten Umfang von 360° herum. Außerdem ist die zu­ sammenhängende Formschluß-Seitenfläche vorzugsweise stetig und kantenfrei aus­ gebildet und weist eine allseitige konvexe Krümmung auf. Daraus ergibt sich, daß die Stirnausnehmung des Halters umfangsmäßig geschlossen ist und daß auch hier jegli­ che Kanten fehlen. Das Innenpolygon des einen Werkzeugteils umfaßt das Außenpo­ lygon des anderen Werkzeugteils nahtlos auf dem gesamten Umfang. Die Biegebela­ stung, die den geschlossenen Polygonring beaufschlagt, bewirkt innerhalb des Ringes eine Zugbeanspruchung, welche die Biegebelastung wirksam entschärft, so daß ein so gestalteter Sitz der Schneidplatte wesentlich höhere Schnittkräfte aufnehmen kann als dies beim Stand der Technik der Fall ist. Aufgrund der Passungstoleranz des Au­ ßenpolygons im Innenpolygon tritt während des Schneidvorganges eine Relativdre­ hung der beiden Werkzeugteile ein, die aber nicht - wie beim Stand der Technik - zu Linienkontakten führen kann, weil aufgrund der gerundeten konvex-polygonalen Konturen breitflächige Kontaktzonen zwischen beiden Teilen gewährleistet sind.

Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines Fräserhalters mit Schneidplatte und Befe­ stigungsschraube,

Fig. 2 eine vordere Stirnansicht auf das Werkzeug im zusammengebauten Zustand,

Fig. 3 eine rückseitige Ansicht der Schneidplatte,

Fig. 4 einen Axialschnitt einer an einem Halter befestigten Schneidplatte in größe­ rem Maßstab,

Fig. 5 eine Querschnittansicht längs der Linie A-A der Fig. 4 im unbelasteten Zu­ stand,

Fig. 6 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 5, jedoch in belastetem Zustand,

Fig. 7 eine Stirnansicht eines Schneidwerkzeuges mit einem tellerartigen Kopf, an dem mehrere Schneidplatte exzentrisch befestigt sind,

Fig. 8 eine Querschnittansicht ähnlich Fig. 5, jedoch durch eine Viereck-Polygon­ aufnahme,

Fig. 9 eine Querschnittansicht eines weiter abgewandelten Polygonprofils, und

Fig. 10 einen Axialschnitt ähnlich Fig. 4, jedoch durch eine Variante.

Ein Fräswerkzeug 10 besteht aus einem Halter 12, einer Schneidplatte 14 und einer Befestigungsschraube 16. Die Schneidplatte 14 setzt sich aus einem scheibenförmi­ gen Körper 18 mit drei Zähnen 20 und einem einstückig angefrästen Ansatz 22 zu­ sammen. Ein Zentralloch 24 durchsetzt die ganze Schneidplatte 14, erstreckt sich al­ so durch den scheibenförmigen Körper 18 und den Ansatz 22. Der Ansatz 22 hat ei­ ne umfangsgeschlossene Formschluß-Seitenfläche 26, die zur Stirnfläche des Ansat­ zes 22 exakt rechtwinklig steht und die Kontur eines Dreieck-Konvexpolygons hat. Der Halter 12 hat eine stirnseitige Ausnehmung 28, die ringsum von einem Wandring des Halters 12 umgeben ist. Diese Ausnehmung 28 hat eine Formschluß-Seitenfläche 30, die eine Dreieck-Konkavpolygon-Kontur aufweist, welche zu derjenigen des An­ satzes 22 komplementär ausgebildet ist und mit dieser - abgesehen von einer Einsetz- Passungstoleranz - exakt übereinstimmt. Beide Formschluß-Seitenflächen 26, 30 liegen koaxial zur Achse des Halters 12 und der Schneidplatte 14. Die Polygonkontur setzt sich aus drei Kreisbögen kleinen Durchmessers und jeweils dazwischen­ liegenden und stetig anschließenden Kreisbögen großen Durchmessers zusammen.

Zwischen den beiden Formschluß-Seitenflächen 26 und 30 wird ein Ringspalt 32 gebildet, der im unbelasteten Zustand des Schneidwerkzeuges eine konstante Spaltbreite hat (Fig. 5). Im belasteten Zustand tritt eine Relativdrehung der Schneidplatte 14 zum Halter 12 auf und es bilden sich drei Kontaktzonen 34 von erheblicher Umfangserstreckung. Die Koaxialität von Schneidplatte 14 und Halter 12 bleibt durch die selbstzentrierenden Wirkung des Dreieckpolygons erhalten. Fig. 6 zeigt die Teile 12, 14 während des Schneidvorganges, wobei jedoch die Breite des Spaltes 32 übertrieben dargestellt ist.

Das Zentralloch 24 ist gestuft und hat einen kreiszylindrischen Abschnitt 38 größeren Durchmessers, der hauptsächlich dem scheibenförmigen Körper 18 zugeordnet ist, sowie einen kreiszylindrischen Abschnitt 40 kleineren Durchmessers, der hauptsäch­ lich dem Ansatz 22 zugeordnet ist. Zwischen beiden Bohrungsabschnitten wird eine Ringschulter 42 gebildet, die in einer Radialebene liegt. Die Befestigungsschraube 16 hat einen Kopf 44, der mit dem angrenzenden Schaft eine radiale Ringfläche 46 bil­ det, die im Montagezustand auf der Ringfläche 42 der Schneidplatte 14 aufliegt, ohne jedoch eine Zentrierfunktion zu übernehmen. Zwischen Kopf 44 und Boh­ rungsabschnitt 38 einerseits und dem angrenzenden Schaft der Befestigungsschraube 16 und dem Bohrungsabschnitt 40 andererseits herrscht jeweils ein Radialspiel, womit sichergestellt ist, daß die Befestigungsschraube 16 ohne jegliche Zentrier­ funktion ist. Die Formschluß-Verbindung zwischen Schneidplatte 14 und Halter 12 wird ausschließlich durch den Ansatz 22 der Schneidplatte 14 und der Stirnausneh­ mung 28 im Halter 12 gebildet. Den radialen Formschluß stellen die Formschluß-Sei­ tenflächen 26, 30 sicher und die Winkellage gewährleisten die exakt rechtwinklig zu den Achsen von Schneidplatte 14 und Halter 12 geschliffenen Planflächen 48 des Ansatzes 22 und 50 der Stirnausnehmung 28.

Fig. 7 veranschaulicht einen tellerartigen Kopf 52 eines Fräswerkzeuges, der in seiner Stirnfläche im 120° -Winkelabstand gestrichelt dargestellte Stirnausnehmungen 28 aufweist, in die jeweils eine Schneidplatte 14 mit ihrem Dreieckpolygon-Ansatz - wie vorbeschrieben - eingesetzt ist. Jeweils ein Schneidzahn 20 steht über den Umfang des Kopfes 52 radial vor. Der Schneidzahn 20 liegt axial beabstandet von der Stirnfläche des Kopfes 52. Die Schneidplatten 14 bilden hier Wendeschneidplatten.

Wie sich aus Fig. 5 ergibt, ist die winkelmäßige Zuordnung des Dreieck-Konvexpoly­ gons des Ansatzes 22 am scheibenförmigen Zahnträger 18 so getroffen, daß die gerundeten "Ecken" des Polygons mit der Winkelhalbierenden zwischen den Punkten zusammenfallen, an denen die Vorder- und Rückenflächen jedes Zahnes 20 die Schaftkontur schneiden. Der Toleranzbereich für diese Kennzeichnung beträgt höch­ stens 30° und vorzugsweise nicht mehr als 10°. Eine andere Kennzeichnung mit demselben Aussagegehalt läßt sich folgendermaßen treffen: die Stelle 54, wo die konvex gewölbte Rückenfläche 52 jedes Zahnes 20 in die zur Vorderfläche 56 des benachbarten Zahnes 20 führende konkave Übergangsfläche 58 übergeht, liegt je­ weils mit der Stelle 60 geringster Radialerstreckung des Dreieck-Konvexpolygons in einem Toleranzbereich von höchstens 30°, vorzugsweise nicht mehr als 10° in ein und derselben Radialebene 62.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Querschnitte von zwei Viereck-Polygonkupplungen einer Schneidplatte 14 mit einem Halter 12 ebenfalls in der Ebene A-A der Fig. 5. Die Formschluß-Seitenfläche 26 des Ansatzes 22 setzt sich aus vier konvex gewölbten Flächenabschnitten mit großem Krümmungsradius und vier Flächenabschnitten mit kleinem Krümmungsradius zusammen. Alle Flächenabschnitte gehen stetig und kantenfrei ineinander über.

Im Unterschied zur Fig. 8 ist in Fig. 9 ein Normprofil für eine Viereckpolygon-Kupp­ lung dargestellt. Zwischen je einem längeren Flächenabschnitt großen Durchmessers und einem kürzeren Flächenabschnitt von ebenfalls großem Durchmesser wird eine kurze Übergangszone mit kleinem Durchmesser gebildet, die in vorliegender Darstel­ lung fast als Ecke erscheint.

Fig. 10 zeigt einen Axialschnitt durch eine Werkzeugvariante bei der die Schneid­ platte 14′ ein abgestuftes Zentralloch 24′ aufweist. Ein längerer Lochabschnitt 64, der in einem Bundansatz 63 der Schneidplatte 14′ gebildet ist, hat eine Mehreck- Konkavpolygon-Kontur entsprechend der Fig. 5, 8 oder 9. An diesen Lochab­ schnitt 64 schließt sich ein Flansch 65 mit einer radialen Ringfläche 42 an, welche den Boden eines Lochabschnittes 66 bildet, in welchem der Kopf 44 der Befesti­ gungsschraube 16 mit Radialspiel aufgenommen ist.

In einer nicht dargestellten Abwandlung fehlt der Flansch 65 und die Lochabschnitte 64, 66 gehen unter Bildung der Ringfläche 42 direkt ineinander über. Wenn der In­ nenradius des Lochabschnittes gleich dem Radius am Scheitel der Polygonabschnitte kleinen Durchmessers (Fig. 5, 8) gemacht wird, entstehen drei bzw. vier sichelför­ mige Ringflächenabschnitte, die zur Abstützung des Kopfes 44 der Befestigungs­ schraube 16 ausreichen.

Der Halter 12′ weist einen von seiner Stirnfläche vorspringenden Ansatz 22′ auf, dessen Querschnitt eine Mehreck-Konvexpolygonkontur aufweist, die zu der Innen­ kontur des Lochabschnittes 64 komplementär ist. Der Ansatz 22′ ist etwas länger als der Lochabschnitt 64.

Nicht dargestellt ist eine Ausführung, bei der beide Werkzeugteile 12, 14 miteinander axial ausgefluchtete einander zugewandte Löcher oder Lochabschnitte mit Mehreck- Innenpolygonkontur des gleichen Querschnitts aufweisen. Die Kupplung beider Werkzeugteile erfolgt dann durch ein separates Kupplungselement, das aus einem hohlen Strangprofil durch Abschneiden gewonnen ist und einen Profilquerschnitt mit einer Mehreck-Konvexpolygonkontur aufweist, die formschlüssig in die beiden Loch­ abschnitte von Schneidplatte 14 und Halter 12 mit Polygon-Innenkontur paßt.

In Fig. 10 ist die Stirnfläche des Ansatzes 22′ plangeschliffen und dient als Axialsitz für die ebenfalls plangeschliffene Bodenringfläche des Lochabschnittes 64 der Schneidplatte 14′. Die Stirnfläche des Bundansatzes 63 bedarf dann keiner Bearbei­ tung. Alternativ kann der Axialsitz der Schneidplatte 14′ am Halter 12′ auch in den Bereich der Stirnfläche des Bundansatzes 63 gelegt werden. Dann werden diese Stirnfläche des Bundes 63 und die am Halter 12 gebildete ringförmige Gegenfläche plangeschliffen und es versteht sich, daß die axiale Länge des Lochabschnittes 63 größer als diejenige des Ansatzes 22′ ist.

Claims (9)

1. Schneidwerkzeug mit einer Schneidplatte (14, 14′) zur stirnseitigen Befestigung an einem Halter (12, 12′) die ein Zentralloch (24, 24′) zum Durchtritt eines im Halter (12, 12′) zu befestigenden Befestigungsbolzens (16) sowie mindestens einen Schneidzahn (20) in einem ersten Umfangsbereich ihres Außenumfanges und mindestens eine unrund konturierte Formschluß-Seitenfläche (26, 64) in einem zweiten Umfangsbereich aufweist, welche zum Zusammenwirken mit einer komplementären Formschluß-Seitenfläche (30) am Halter (12, 12′) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, den mindestens einen Schneidzahn (20) aufweisende Umfangsbereich (18) der Schneidplatte (14) und deren zweiter, die Formschluß-Seitenfläche (26) aufweisende Umfangsbereich in verschiedenen Axialbereichen liegen, daß die Schneidplatte (14) an einer Stirnseite einen axialen Ansatz (22) aufweist, durch den sich die Zentralbohrung (24) hindurch erstreckt und an dem die zweite Formschluß-Seitenfläche (26) ausgebildet ist, die sich ununterbrochen um den ganzen Außenumfang des Ansatzes (22) herumerstreckt und die Kontur eines regelmäßigen Mehreck-Konvexpolygons hat, bei dem die Ecken gerundet oder gebrochen und die Seiten konvex gekrümmt sind.

2. Schneidwerkzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, die Formschlußseitenfläche (64) aufweisende Umfangsbereich der Schneideplatte (14′) mindestens zum Teil vom Innenumfang des Zentralloches (24′) gebildet ist, welches in wenigstens ei­ nem axialen Teilbereich unrund und mit einer Kontur eines Mehreck-Konkavpolygons ausgebildet ist, dessen Ecken gebrochen oder gerundet und dessen Seiten konkav gekrümmt sind.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußseitenfläche (26, 64) eine stetige kantenfreie Polygon-Kontur mit drei oder vier gerundeten Ecken aufweist.

4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (22) an der Schneidplatte (14) einstückig angeformt ist.

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (48) des Ansatzes (22) plangeschliffen ist und rechtwinklig zu dessen Formschluß- Seitenfläche (26) liegt.

6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 mit einem Halter für die Schneidplatte, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter mindestens eine umfangsgeschlossene Stirnausnehmung (28) aufweist, deren Umfangsfläche die komplementäre innere Formschluß-Seitenfläche (30) bildet und in Form eines Mehreck- Konkavpolygons ausgebildet ist.

7. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2 mit einem Halter (12′) für die Schneidplatte (14′), dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (12′) mindestens einen stirnseitig vorspringenden Ansatz (22′) aufweist, der eine Bohrung zum Durchtritt des Befestigungsbolzens (16) aufweist und dessen Außenumfang die komplementäre Formschlußseitenfläche bildet, die sich um den ganzen Umfang herum erstreckt und in Form eines Mehreck-Konvexpolygons ausgebildet ist.

8. Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (22′) mit dem Halter (12) einstückig ausgebildet ist.

9. Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (22′) einen Abschnitt eines hohlen Profilstranges bildet und als separates Kupplungselement in eine gestufte Axialbohrung oder achsparallele Bohrung des Halters eingesetzt ist, und daß die gestufte Bohrung im Bereich der Einsatztiefe einen unrunden Querschnitt aufweist, dessen Kontur ein Mehreck-Konkavpoly­ gon bildet, das zur Außenkontur des Kupplungselementes komplementär ist.