DE60007888T2

DE60007888T2 - Justierung von schneideinsätzen in einem schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE60007888T2
Application number: DE60007888T
Authority: DE
Inventors: John C. Musil; A. Bret ROBISON
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: JP2003511252A; BR0014832A; CA2386819A1; WO2001026854A1; EP1225997B1; EP1225997A1; DE60007888D1; US6247878B1; MXPA02003631A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Justiervorrichtungen für Schneidwerkzeuge, und sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Justieren der Lage der Schneidkante eines am Körper einer Bohrstange montierten Einsatzes.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Vorrichtungen zum Justieren der Lage von Schneideinsätzen in Bohrstangen und sonstigen Werkzeugen sind im Stand der Technik bekannt. Bevor jedoch solche Justiervorrichtungen beschrieben werden, erfolgt eine kurze Beschreibung des mechanischen Kontextes solcher Vorrichtungen.
Bohrstangen haben einen im allgemeinen zylindrischen Stangenkörper. Mehrere Schneideinsätze sind um den Umfang des Körpers der Bohrstange herum in als "Taschen" bekannten Ausnehmungen montiert, die sich an die Form von zwei Seiten der Einsätze anlegen. Jeder Einsatz ist in seiner jeweiligen Tasche mit Hilfe einer Klemmschraube befestigt, die sich durch ein in der Mitte befindliches Loch in dem Einsatz erstreckt. Während Taschen und Klemmschrauben den Einsätzen während eines Schneidvorgangs einen sicheren Halt geben, stellen sie einem Bediener des Systems leider kein Mittel zur Feinjustierung der Lage der Schneidkanten der um den Umfang der Bohrstange herum montierten Einsätze zur Verfügung. Dies ist zu bedauern, da selbst kleine Lageabweichungen zwischen den Rändern der Schneideinsätze in der Größenordnung von 0,001 Inch zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der Einsätze und einer Verminderung der Leistung der Bohrstange führen können. Selbst wenn die Taschen perfekt auf das gewünschte Maß gearbeitet sind, können die Einsätze selbst aufgrund von Herstellungstoleranzen oder infolge einer ungleichmäßigen Abnutzung beim Gebrauch leicht um 0,001 Inch oder mehr in der Größe schwanken.
Um dieses Problem zu lösen, wurden im Stand der Technik Vorrichtungen zur Vornahme kleiner Lagejustierungen der Schneideinsätze in solchen Werkzeugen entwickelt. Bei einer der am häufigsten vorkommenden Konstruktionen wird eine der Wände der einen Einsatz aufnehmenden Taschen in dem Werkzeugkörper durch ein als "Patrone" bekanntes rechteckig geformtes Element ersetzt, das mit Hilfe eines Bolzens verschieblich am Körper der Bohrstange oder eines sonstigen Werkzeugs angebracht ist. Die Patrone wird durch eine oder mehrere Stellschrauben justiert, die gedreht werden, um die Patrone in eine Richtung zu schieben, die die Schneidkante des Einsatzes axial oder radial zu den Schneidkanten der anderen, um den Körper der Bohrstange herum montierten Einsätze bewegen kann.
Während bei solchen bekannten Vorrichtungen die Schneidkanten der Einsätze ausgerichtet werden können, haben die Anmelder eine Anzahl von Mängeln in Verbindung mit solchen Vorrichtungen festgestellt. Zum Beispiel führt der Metall-Metall-Kontakt zwischen den Patronen und dem Körper der Bohrstange oft zu einer mikroskopisch feinen ungleichmäßigen Haftreibung, die zu einer ungleichmäßigen Bewegung des verschieblichen Keilelements führt, wenn die Stellschraube gedreht wird. Diese Reibung in Verbindung mit der Tatsache, daß selbst eine Teildrehung der Stellschraube die Patrone mikroskopisch betrachtet relativ weit bewegt, führt oft dazu, daß der Bediener des Systems über sein beabsichtigtes Positionierungsziel (was vielleicht nur 0,0005 Inch beträgt) hinausschießt. Um wiederum über das Positionierungsziel hinauszuschießen, muß der Bediener des Systems noch einmal starten, was zu einer unerwünscht langen unproduktiven Stillstandszeit für die Bohrstange oder ein sonstiges Werkzeug führt. Ein weiterer Nachteil einer solchen Konstruktion liegt darin, daß sie die Herstellung und Montage zusätzlicher Präzisionsteile am Körper der Bohrstange erfordert. Dies führt natürlich zu höheren Herstellungskosten. Schließlich ist es möglich, daß sich die bei solchen Vorrichtungen verwendeten Stellschrauben aufgrund der mit dem Bearbeitungsvorgang verbundenen Schwingungen etwas lockern, was dazu führt, daß sich die Schneidkante des Einsatzes aus ihrer Lage verschiebt.
Die US-A-5,704,742 zeigt ein Bearbeitungswerkzeug, bei dem auf entgegengesetzten Seiten des Werkzeugkörpers freitragende Klingenträger vorgesehen sind. Ein Schneideinsatz ist an jedem der Klingenträger in der An einer sich biegenden Stange befestigt. Jeder Klingenträger ist von dem Werkzeugkörper durch einen axial verlaufenden Schlitz getrennt. Es sind Schrauben vorgesehen, durch die die Klingenträger zu dem Werkzeugkörper hin gezogen werden können, um die Schneidkanten der Schneideinsätze zu justieren.
Die US-A-4,606,680 zeigt ein Bearbeitungswerkzeug, bei dem das vordere Ende des Werkzeugkörpers mit einem Schlitz versehen ist, wodurch zwei Klingenträger gebildet werden. Ein Schneideinsatz ist an jedem der Klingenträger befestigt. Eine Schraube mit einem konischen Kopf ist in axialer Richtung in das vordere Ende des Werkzeugkörpers geschraubt. Dadurch lassen sich die Klingenträger auseinanderspreizen, um die Schneidkanten der Schneideinsätze zu justieren.
Es besteht eindeutig ein Bedarf an einem Mechanismus zur Vornahme von Feinjustierungen der Lage von um eine Bohrstange oder ein sonstiges Werkzeug herum montierten Schneideinsätzen, um unerwünschte Schrammen in dem Werkstück zu eliminieren, wobei dieser Mechanismus leichter und schneller zu verwenden ist als Justiervorrichtungen nach dem Stand der Technik. Idealerweise müßten bei einem solchen Justiermechanismus weniger Präzisionsteile hergestellt und montiert werden, so daß die Kosten der resultierenden justierbaren Bohrstange oder eines sonstigen Werkzeugs minimiert werden, und er würde sich nicht so leicht infolge der durch den Bearbeitungsvorgang bedingten Stöße und Schwingungen lockern. Schließlich wäre es wünschenswert, wenn ein solcher Justiermechanismus leicht an bestehenden Bohrstangen und sonstigen Arten von Schneidwerkzeugen montiert werden könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Allgemein gesagt betrifft die Erfindung einen Mechanismus und ein Verfahren zum Justieren der Lage eines Schneideinsatzes relativ zum Körper eines Schneidwerkzeugs, womit alle oben genannten beim Stand der Technik auftretenden Mängel überwunden werden. Zu diesem Zweck stellt die Erfindung einen Lagejustierungsmechanismus nach Anspruch 1 bereit, eine Bohrstange nach Anspruch 4 und ein Verfahren nach Anspruch 10.
Vorteilhafterweise ergibt sich durch die leichte Auslenkung der freitragenden Wände eine Justiervorrichtung, die für Feinjustierungen der Lage problemlos und sehr gut zu steuern ist. Die Reaktionskraft, die die freitragenden Wände auf den Keilmechanismus ausüben, eliminiert Spiel und trägt zum Feststellen des Keilmechanismus in seiner Lage bei, so daß er sich nicht infolge der bei einem Bearbeitungsvorgang auftretenden Stöße und Schwingungen lockern wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt vorteilhafterweise ein einfaches Verfahren zum Montieren und Verwenden der Lagejustiervorrichtung bei einem herkömmlichen Bohrwerkzeug bereit, das einen Stangenkörper mit einer einen Einsatz aufnehmenden Tasche aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bohrstange, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einsatzjustiervorrichtung umfaßt;
2 ist eine im verkleinerten Maßstab dargestellte auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht der in 1 dargestellten Bohrstange; und
3A und 3B sind vergrößerte, im Querschnitt dargestellte Teilansichten der in 1 gezeigten Bohrstange, in denen die erfindungsgemäße Keilvorrichtung in einer auseinandergezogenen bzw. zusammengesetzten Form dargestellt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf 1 und 2, in denen gleiche Bezugszeichen in allen der verschiedenen Figuren gleiche Komponenten bezeichnen, eignet sich der erfindungsgemäße Lagejustierungsmechanismus zur Verwendung an einer Bohrstange 1 mit einem Stangenkörper 3 mit einem Schaft 4 zur Aufnahme eines Klemmeinheitadapters für eine rotierende Spindel (nicht dargestellt). Mehrere Schneideinsätze 5 mit Schneidkanten 7 sind mit Hilfe von Befestigungsbaugruppen 11 gleichmäßig am vorderen Ende 9 des Stangenkörpers 3 befestigt. Jede Befestigungsbaugruppe 11 umfaßt eine Tasche 13 mit einer radialen Auflagefläche 15 und einer axialen Auflagefläche 17 zur Aufnahme und Lagerung eines Schneideinsatzes 5. Eine Eckenentlastungsausnehmung 19 ist zwischen der radialen und der axialen Auflagefläche 15, 17 zur Aufnahme der Ecke des in der Tasche 13 gehaltenen Einsatzes 5 vorgesehen. Die Befestigungsbaugruppe 11 umfaßt ferner eine Gewindebohrung 21, die sich vom Boden der Tasche 13 in den Stangenkörper 3 erstreckt, um den Gewindeschaft einer Klemmschraube 22 aufzunehmen, die durch ein mittig angeordnetes Loch 23 in dem Einsatz 5 eingeführt werden kann. Spannuten 24 sind am Umfang der einen Einsatz aufnehmenden Tasche 13 vorgesehen, um Platz zum Ausstoßen von Metallspänen und flüssigem Kühlmittel während eines Bearbeitungsvorgangs bereitzustellen.
Der Lagejustierungsmechanismus 25 umfaßt zwei freitragende Wände oder Rippen 26, 28, die einstöckig mit dem Stangenkörper 3 verbunden sind, wie am besten in 3A und 3B zu sehen ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform begrenzt eine axiale freitragende Wand 26 die axiale Wand der einen Einsatz aufnehmenden Tasche 13. Diese Wand 26 wird durch einen axialen Entlastungsschlitz 27 begrenzt und, bei dieser speziellen Ausführungsform, die axiale Auflagefläche 17 der einen Einsatz aufnehmenden Tasche 13. Eine radiale freitragende Wand 28 begrenzt die radiale Wand der einen Einsatz aufnehmenden Tasche 13. Diese Wand 28 wird durch einen radialen Entlastungsschlitz 29 und die radiale Auflagefläche 15 der einen Einsatz aufnehmenden Tasche 13 begrenzt. Der axiale Entlastungsschlitz 27 ist von dem radialen Entlastungsschlitz 29 durch einen Abschnitt des Stangenkörpers 3 getrennt, der einen Drehpunkt 31 für die einen Einsatz aufnehmende Tasche 13 bildet, wie am besten in 2 zu sehen ist. Die Dicke T (in 3A dargestellt) der axialen freitragenden Wand 26 ist gering genug, damit sie ein Keilmechanismus ein paar Tausendstel Inch in radialer Richtung auslenken kann. Wenn der Stangenkörper 3 aus einem legierten Chrom-Vanadium-Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (wie zum Beispiel ANSI 6150) gebildet ist, dürfte die Dicke T etwa 0,125 Inch betragen. Da die freitragenden Wände 26, 28 durch Schneiden von Entlastungsschlitzen 27, 29 in den Stangenkörper 3 gebildet werden, sind die freitragenden Wände 26, 28 einstöckig mit dem Stangenkörper 3 verbunden, wie in 3A und 3B gezeigt.
Gemäß 3A und 3B ist eine bogenförmige Ausnehmung 33 in einem Abschnitt der axialen freitragenden Wand 26 vorgesehen. Eine weitere bogenförmige Ausnehmung 35 ist in einer gegenüberliegenden Fläche des axialen Entlastungsschlitzes 27 vorgesehen. Diese beiden Ausnehmungen 33, 35 bilden eine einzige kegelstumpfförmige Ausnehmung, die in eine Gewindebohrung 37 zur Aufnahme des Keilmechanismus 40 des Lagejustierungsmechanismus 25 führt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Keilmechanismus 40 eine Schraube 42 mit einem konischen Kopf 44. Insbesondere mit Bezug auf 3A beträgt der Verjüngungswinkel A der kegelstumpfförmigen Ausnehmung zur Achse der Ausnehmung vorzugsweise etwa 11 Grad. Der Verjüngungswinkel B des konischen Kopfes 44 zur Drehachse der Schraube 42 beträgt vorzugsweise etwa 30 Grad. Der Verjüngungswinkel des konischen Kopfes 44 wirkt mit dem Verjüngungswinkel der Ausnehmung zusammen, um den Grad der Feinregulierung zu verbessern, den ein Bediener des Systems beim Auslenken der freitragenden Wände 26, 28 zur radialen Lagejustierung der Schneidkante 7 des Einsatzes 5 hat, ohne in unerwünschter Weise über das Ziel hinauszuschießen. Außerdem ist der Gewindeschaft 46 der Schraube 42 zu diesem Zweck mit einer großen Anzahl von Gewindegängen versehen (vorzugsweise in der Größenordnung von 51 Gewändegängen pro Inch). Wenn der kegelstumpfförmige Schlitz 27 in einem Winkel von ungefähr 11 Grad verjüngt ist und der Schaft 46 etwa 51 Gewindegänge pro Inch aufweist, wird eine volle Umdrehung der Schraube 42 die freitragenden Wände 26, 28 ungefähr 0,004 Inch auslenken. Eine leichte Drehung der Schraube 42 wird die freitragenden Wände 26, 28 ungefähr 0,0001 Inch auslenken. Die feine Gewindeteilung des Schaftes 46 verbessert nicht nur die Regulierung, sondern trägt auch dazu bei, daß sich die Schraube 42 nicht infolge der bei einem Bohrvorgang auftretenden mechanischen Stöße und Schwingungen lockern wird. Als weitere Garantie können die Gewindegänge des Schaftes 46 mit einem Kunststoffüberzug versehen sein, so daß die Schraube 42 trotz irgendwelcher durch die Bohrstange 1 erzeugten Stöße oder Schwingungen in genau derselben Lage bleibt. Eine sechseckige Ausnehmung 48 ist am Ende des konischen Kopfes 44 der Schraube 42 mittig vorgesehen, um das Ende eines Justierschlüssels (nicht dargestellt) aufzunehmen.
Im Betrieb montiert der Bediener des Systems die Einsätze 5 an dem Stangenkörper 3 der Bohrstange 1 über die bereits beschriebenen Befestigungsbaugruppen 11, indem er die Einsätze gegen die Taschenflächen 15, 17 preßt und die Klemmschrauben 22 des Einsatzes bis zu einem gewünschten Drehmoment anzieht. Während dieses ganzen Schrittes wird die Schraube 42 des Keilmechanismus 40 vollständig gelockert, so daß die freitragenden Wände 26, 28 durch den konischen Kopf 44 der Schraube nicht elastisch ausgelenkt werden. Die Lage der Schneidkanten 7 eines jeden der um den Umfang der Bohrstange 1 herum angeordneten Schneideinsätze 5 wird dann durch ein Lagemeßgerät (nicht dargestellt) bestimmt. Solche Meßgeräte sind in der Technik wohlbekannt. Die relativ zu den äußersten dieser Kanten radial einwärts gelegenen Schneidkanten 7 werden dann vom Bediener des Systems sorgfältig radial auswärts justiert, indem er die Schraube 42 des Keilmechanismus 40 gegen den Uhrzeigersinn dreht, so daß der konische Kopf 44 der Schraube 42 die freitragenden Wänden 26, 28 auslenkt. Nachdem alle Schneidkanten 7 über die Schraube 42 des Lagejustierungsmechanismus 25 radial genau miteinander zur Deckung gebracht wurden, wird dann die Bohrstange 1 über den Schaft 4 der Bohrstange 1 an einer rotierenden Spindel (ebenfalls nicht dargestellt) befestigt.

Claims

Lagejustierungsmechanismus (25) für eine Bohrstange (1) mit einem Stangenkörper (3), in dem sich wenigstens eine Tasche (13) befindet, die einen Schneideinsatz (5) aufnehmen kann, wobei der Lagejustierungsmechanismus folgendes umfaßt: zwei flexible freitragende Wände (26, 28), die jeweils eine Wand der Tasche (13) bilden, wobei die freitragenden Wände (26, 28) folgendes umfassen: eine axiale freitragende Wand (26), die eine axiale Wand der Tasche (13) bildet; und eine radiale freitragende Wand (28), die eine radiale Wand der Tasche (13) bildet.
Lagejustierungsmechanismus (25) nach Anspruch 1, der ferner einen Keilmechanismus (40) umfaßt, der an mindestens der einen freitragenden Wand (26) angreifen kann, um die freitragenden Wände (26, 28) auszulenken.
Lagejustierungsmechanismus (25) nach Anspruch 1, der ferner folgendes umfaßt: eine kegelstumpfförmige Ausnehmung (33, 35), die wenigstens teilweise durch eine der freitragenden Wände (26) begrenzt wird; und eine Schraube (42) mit einem Gewindeschaft (46), der an dem Stangenkörper (3) angreifen kann, und einem konischen Kopf (44), der an der kegelstumpfförmigen Ausnehmung (33, 35) angreifen kann.
Bohrstange (1), die folgendes umfaßt: einen Stangenkörper (3) mit wenigstens einer Tasche (13) zur Aufnahme eines Schneideinsatzes (5); und einen Lagejustierungsmechanismus (25) mit zwei flexiblen freitragenden Wänden (26, 28), die jeweils eine Wand der Tasche (13) bilden, wobei die freitragenden Wände (26, 28) folgendes umfassen: eine axiale freitragende Wand (26), die eine axiale Wand der Tasche (13) bildet; und eine radiale freitragende Wand (28), die eine radiale Wand der Tasche (13) bildet.
Bohrstange (1) nach Anspruch 4, die ferner einen Keilmechanismus (40) umfaßt, der an mindestens der einen freitragenden Wand (26) angreifen kann, um die freitragenden Wände (26, 28) auszulenken.
Bohrstange nach Anspruch 4, die ferner folgendes umfaßt: eine kegelstumpfförmige Ausnehmung (33, 35), die wenigstens teilweise durch eine der freitragenden Wände (26, 28) begrenzt wird; und eine Schraube (42) mit einem Gewindeschaft (46), der an dem Stangenkörper (3) angreifen kann, und einem konischen Kopf (44), der an der kegelstumpfförmigen Ausnehmung (33, 3S) angreifen kann.
Bohrstange nach Anspruch 4, wobei die Taschenauflageflächen eine radiale Auflagefläche (28) und eine axiale Auflagefläche (26) zum Abstützen des Schneideinsatzes (5) umfassen.
Bohrstange nach Anspruch 7, die ferner eine Eckenentlastungsausnehmung (19) zwischen der radialen und der axialen Auflagefläche (26, 28) umfaßt, um eine Ecke des Einsatzes (5) aufzunehmen.
Bohrstange nach Anspruch 4, die ferner eine Spannut (24) am Umfang der Tasche (13 ) umfaßt.
Verfahren zum Justieren von Einsatztaschen (13) einer Bohrstange (1) mit den folgenden Schritten: (a) Bereitstellen einer Bohrstange (3) mit mehreren Taschen (13), die jeweils durch zwei freitragende Wände (26, 28) begrenzt werden, die durch einen Keilmechanismus (40) ausgelenkt werden können, wobei die freitragenden Wände (26, 28) eine axiale freitragende Wand (26), die eine axiale Wand der Tasche (13) bildet, und eine radiale freitragende Wand (28) umfassen, die eine radiale Wand der Tasche (13) bildet; (b) Montieren eines Schneideinsatzes (5) in jeder Tasche (13); (c) Bestimmen der Lage der Schneidkante (7) jedes Schneideinsatzes (5); und (d) Verstellen des radial innersten Einsatzes nach außen unter Verwendung des Keilmechanismus (40) zum Auslenken der freitragenden Wände (26, 28).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Schritt (a) ferner die folgenden Schritte umfaßt: (e) die Schneideinsätze (5) werden gegen die Auflageflächen ihrer jeweiligen Taschen (13 ) gepreßt; und (f) eine Einsatzklemmschraube (22) für jeden Schneideinsatz (5) wird bis zu einem gewünschten Drehmoment angezogen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Schritt (c) mit einem Lagemeßgerät durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Schritt (d) wiederholt wird, bis alle Schneidkanten (7) radial miteinander zur Deckung gebracht wurden.