DE60201418T2

DE60201418T2 - Schneidkopf für werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE60201418T2
Application number: DE60201418T
Authority: DE
Inventors: Trude Hole; Per BJÖRVIK; Pal Sollie; S. Knut STOKLAND
Original assignee: Teeness AS
Current assignee: Sandvik Teeness AS
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: JP2004517744A; CN100398237C; JP4068967B2; CA2435074C; DE60201418D1; US7121768B2; NO20010380D0; IL156860A0; IL156860A; EP1360025A1; NO20010380L; CA2435074A1; EP1360025B1; ES2229104T3; WO2002058869A1; CN1525895A; NO319690B1; US20040161312A1; ATE277711T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schneidköpfe für Bohrstangen und ähnliche Werkzeughalter, die in Werkzeugmaschinen Verwendung finden. Diese werden beim Innendrehen verwendet. Ein Schneidkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist beispielsweise aus WO-A-99/3993 bekannt. Insbesondere betrifft die Erfindung einen besonders leichten Schneidkopf, der einer Zwischenstange eine höhere Eigenfrequenz verleiht, so dass die Zwischenstange länger sein kann, als es derzeit allgemein üblich ist.
Während des Innendrehens treten sehr leicht Vibrationen auf, da die geringste Eigenfrequenz im selben Bereich liegt wie die natürlich auftretenden Schwingungen der Zerspankräfte oder der Schneidkräfte, mit denen die Bearbeitungsvorgänge ausgeführt werden. Die Qualität der spanabhebend bearbeiteten Werkstücke wird dadurch beeinträchtigt, es wird Lärm erzeugt, und das Werkstück ist nicht maßhaltig. Es wurde eine Technik zur Dämpfung derartiger Vibrationen entwickelt, die eine spanabhebende Bearbeitung mit Werkzeuglängen gestattet, die das 14-Fache der Bohrstange betragen.
Beispiele von Vibrationsdämpfungssystemen für Bohrstangen sind im US-Patent No. 5.558.477 dargestellt, bei dem eine aktiver negativ-kapazitiver Messkreis mit einem piezoelektrischen Reaktionsmassen-Steilantrieb verwendet wird. Das Patent erläutert ein kompliziertes System auf der Basis elektrischer Schaltungen für die Vibrationsdämpfung der Bohrstange.
EP-0 342 692 zeigt ein Schneidwerkzeug, erläutert jedoch nicht, wie die Vibrationen gedämpft oder die Längen der Bohrstangen vergrößert werden können.
WO 94/04300 zeigt eine Werkzeughaltereinheit, bei der erläutert ist, wie Kühlfluids aus dem Werkzeughalter strömen.
Keine der aufgeführten Veröffentlichungen löst die Probleme in Verbindung mit Vibrationen bei der Verwendung langer Bohrstangen oder -wellen auf einfache Art und Weise. Demzufolge muss ein wirtschaftlicher und einfacher Weg gefunden werden, wie der Bereich der vibrationsfreien spanabhebenden Bearbeitung derart erweitert werden kann, dass längere Bohrstangen benutzt werden können.
Dies wird mit der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 erreicht.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneidkopf, der hinsichtlich des Verhältnisses von Gewicht und Festigkeit optimiert wurde. Das Verringern des Gewichtes eines Schneidkopfes um 50%, kann die Eigenfrequenz des Systems derart erhöhen, dass die Länge der spanabhebend bearbeiteten Bohrung um die Hälfte bis das Einfache des Durchmessers der Zwischenstange erhöht werden kann. Die Tatsache, dass der Schneidkopf eine hohe dynamisches Steifigkeit hat, führt somit zu einem Werkzeug, das tiefer in das Werkstück gelangt, ohne dass zerstörerische Vibrationen entstehen.
Die Erfindung gibt einen Schneidkopf an, der so ausgebildet ist, dass er an einer Zwischenstange oder einer Bohrstange angebracht werden kann. Der Schneidkopf ist an der Zwischenstange an einer Verbindungsfläche angebracht. Die Verbindungsfläche ist mit einer Ausrichteinrichtung, wie etwa Zahnstegen, Führungsstiften oder Keilen versehen. Der Schneidkopf verfügt über einen Flanschteil, der an der Zwischenstange gesichert oder befestigt werden kann. Die Befestigung kann durch Schrauben oder Bolzen erfolgen, die durch den Flansch in die Zwischenstange geschraubt sind, magnetischer Art sein, eine Bajonettverbindung sein, durch Klemmen mit Klemmbacken bewerkstelligt werden, oder eine beliebige andere Befestigungsart an der Zwischenstange sein. Die Zwischenstange und der Schneidkopf können alternativ dazu einstückig ausgebildet sein.
Die Zwischenstange hat normalerweise einen kreisförmigen Querschnitt, wobei der Schneidkopf einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der mit der Zwischenstange korrespondiert.
Vorzugsweise sind der Schneidkopf und die Verbindungsstange zwei Teile, wobei der Schneidkopf und die Zwischenstange eine Berührungs- oder Verbindungsfläche definieren, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zwischenstange verläuft. Diese Verbindungsfläche ist normalerweise kreisförmig. An der Zwischenstange ist eine Schneideinheit vorzugsweise mit einem austauschbaren Schneideinsatz oder ein Drehwerkzeug eines herkömmlichen Typs befestigt. Die Schneideinheit kann beispielsweise einen Spanbrecher, einen austauschbaren Schneideinsatz, eine Spannschraube und eine Spannvorrichtung enthalten. Der Schneideinsatz kann am Schneidkopf angeschraubt oder mit einer Klemmvorrichtung und einer Klemmschraube befestigt sein. Alternativ kann der Schneideinsatz integraler Bestandteil des Schneidkopfes oder auf beliebige andere Art und Weise am Schneidkopf befestigt sein.
Der Schneideinsatz ist an einem Vorsprung angebracht, der integraler Bestandteil des Schneidkopfes ist.
Der Schneidkopf enthält einen im wesentlichen kreisförmigen Flanschteil, der durch die Verbindungsfläche und eine freie Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite des Flansches definiert ist und der Verbindungsfläche abgewandt ist. Die Verbindungsfläche definiert eine erste Ebene und die freie Oberfläche einer zweite Ebene. Die erste und die zweite Ebene schließen einen Winkel ein, so dass diese Ebenen zueinander nicht parallel sind. Die freie Oberfläche kann unterschiedliche Abschnitte aufweisen, die neue Ebenen bilden, die ebenfalls Winkel mit der ersten Ebene einschließen.
Ein Vorsprung ragt von der freien Fläche oder den freien Flächen des Flansches hervor. Dieser Vorsprung trägt die zuvor erwähnte Schneideinheit. Der Vorsprung und der Flansch sind ein integrales Bauteil.
Der Übergang zwischen dem Flansch mit jenen der geneigten Oberflächen und des Vorsprungs bildet eine oder mehrere konkave Krümmungen, so dass ein allmählicher Übergang zwischen dem Vorsprung und dem geneigten Flansch gebildet wird, um Spannungskonzentrationen im Schneidkopf zu verhindern und ein optimiertes Verhältnis zwischen Festigkeit, Steifigkeit und Gewicht zu erzeu gen. In einer Ebene parallel zur Ankerebene für den Schneideinsatz bildet der Vorsprung eine Schräge. Der Übergang zwischen dem Flansch und dem Vorsprung bildet, wie erwähnt, eine konkave Fläche, und das Ende oder die Spitze des Vorsprungs bildet ein konvexe Fläche, so dass diese zusammen eine etwa S-förmige Gestalt, senkrecht auf die Rampe betrachtet, vom Flansch und nach außen hin zum Schneideinsatz aufweisen.
Es kann eine Bohrung mit einer Düse vorgesehen sein, um ein Schneidfluid über die Oberfläche zu leiten, die durch die Befestigungsfläche für den Schneideinsatz oder die Schräge definiert ist.
Die Schräge weist zudem einen konvex gekrümmten Übergang zur freien Oberfläche des Flansches auf. Die Schräge bietet den Spänen Platz, die während des Schneidvorgangs erzeugt werden.
Dies impliziert, dass der Flansch zwei unterschiedliche geneigte Oberflächen hat, die der Verbindungsfläche abgewandt sind.
In der Kombination führt dieser Aufbau zu einem optimalen Verhältnis von Gewicht, Steifigkeit und Festigkeit, mit einer guten Spannungsverteilung im Schneidkopf und einem guten Wärmeleitvermögen. Auf diese Weise ist es möglich, einen Schneidkopf gemäß der Erfindung mit einem Gewicht auszubilden, das etwa 50% des Gewichtes ähnlicher Schneidköpfe gemäß dem Stand der Technik beträgt. Demzufolge erhöht sich die Eigenfrequenz des Schneidkopfes und der Zwischenstange wodurch die maximale Auskraglänge vergrößert wird. Diese Zunahme liegt in einem Größenbereich von etwa der Hälfte bis zum Einfachen des Bohrstangendurchmessers.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht eines Schneidkopfes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Frontansicht der Erfindung aus 1;
3 zeigt eine Perspektivansicht des Schneidkopfes aus 1 und 2;
4 ist eine Ansicht senkrecht auf den Schneidkopf aus 1, 2 und 3;
5 zeigt einen Schneidkopf gemäß der Erfindung, befestigt an einer Zwischenstange; und
6 ist eine explosionsartige Perspektivansicht eines Schneidkopfes gemäß der Erfindung sowie der Zwischenstange.
Die Erfindung wird nun mit Hilfe des folgenden Beispiels weiter beschrieben.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Schneidkopfes mit einer Verbindungsfläche 4 mit Zahnstegen 11, einem Vorsprung 8 mit einer oberen Fläche oder Schräge 12, wobei der Schneidkopf weiterhin einen Schneideinsatz 5 und die Befestigungsfläche für den Schneideinsatz aufweist. Weiterhin ist im Verhältnis zur Verbindungsfläche eine geneigte freie Oberfläche 1B gezeigt, die in eine konkave Krümmung R3 zur Schräge 12 auf dem Vorsprung 8 übergeht. Der Vorsprung 8 enthält Befestigungselemente (nicht gezeigt) für den Schneideinsatz 5. Das Befestigen von Schneideinsätzen ist auf diesem Gebiet hinreichend bekannt und wird hier nicht weiter erläutert.
2 ist eine Frontansicht der Zwischenstange aus 1, wobei Bohrungen zum Befestigen des Schneidkopfes an der Zwischenstange mit Schrauben und Bolzen dargestellt sind. Die Zeichnung zeigt zudem zwei geneigte Flächen A1 und 1B sowie den Schneideinsatz 5 auf dem Vorsprung.
3 zeigt, dass der Übergang zwischen dem Flansch und der Schräge 12 mit einem Radius R3 ausgebildet ist. Die Zeichnung zeigt weiterhin einen Schneideinsatzhalter mit einem Schneideinsatz 5, eine Bohrung mit einer Düse zum Aufbringen eines Schneidfluids 7, einen Übergang zwischen dem Flansch und dem Vorsprung 8, der eine S-förmige Gestalt 2 einer konkaven Oberfläche mit einem Radius R2 und eine konvexe Oberfläche aufweist, eine geneigte Fläche 1A, die der Verbindungsfläche 4 abgewandt ist, deren Ebene einen Winkel V1 mit der Ebene der Verbindungsfläche 4 einschließt, sowie Bohrungen 6 zum Befestigen des Schneidkopfes an der Zwischenstange.
4 zeigt eine Ansicht senkrecht zur Darstellung aus 1 mit Zahnstegen 11 in der Verbindungsfläche 4 zur Zwischenstange, die geneigte Oberfläche 1A, den S-förmigen Übergang 2 mit der konkaven Oberfläche mit einem Radius R2 und der konkaven Oberfläche zwischen den geneigten Oberflächen des Flansches mit einem Winkel V1 und dem Vorsprung 8, die Bohrung zum Aufbringen des Schneidfluids 7, die Schräge 12 und den Schneideinsatz 5.
5 stellt den Schneidkopf 13 aus 1, 2, 3 und 4 dar, der an einer Bohrstange 9 mit Schrauben 10 angebracht ist.
6 zeigt den Schneidkopf 13, die Schrauben 10 und die Zwischenstange 9 aus 5 in einer Explosionsansicht, wobei die Zahnstege 11 auf der Zwischenstange deutlich zu erkennen sind.
Der Aufbau verfügt über ein im 50% verringertes Gewicht, wodurch die Eigenfrequenz des Systems derart verringert wurde, dass die Auskraglänge auf die Hälfte bis auf das Einfache des Durchmessers der Zwischenstange erhöht werden kann.

Claims

Schneidkopf (13) zum Befestigen an einer Zwischenstange (9) in einer Werkzeugmaschine für spanabhebende Bearbeitung, wobei der Schneidkopf (13) einen Flansch mit einer ersten Seite, die eine Verbindungsfläche (4) erzeugt, die zum Befestigen an der Zwischenstange (9) eingerichtet ist, und an der gegenüberliegenden Seite des Flansches liegend einer anderen Seite umfasst, die wenigstens eine Fläche (1A) mit einem sich nach außen erstreckenden Vorsprung (8) mit Befestigungseinrichtungen erzeugt, die für die Befestigung eines Schneideinsatzes (5) mit wenigstens einer Schneidkante eingerichtet sind, die wenigstens eine Fläche (1A) eine Ebene definiert, die einen Neigungswinkel (V1) in Bezug auf eine Ebene parallel zu der Verbindungsfläche (4) erzeugt, so dass sich die Querschnittsdicke des Flansches von einer ersten Querseite zu einer gegenüberliegenden anderen Querseite vergrößert, dadurch gekennzeichnet, dass: eine konkave Fläche mit einem Radius (R2) zwischen der wenigstens einen Fläche (1A) des Flansches und dem Vorsprung (8) einen allmählichen Übergang zwischen dem Flansch und dem Vorsprung (8) erzeugt und der Vorsprung (8) sich von dem Teil des Flansches mit der größeren Dicke erstreckt; und der Vorsprung (8) sowie der Flansch mit der wenigstens einen Fläche (1A) mit einem Neigungswinkel (V1) in Bezug auf die Ebene parallel zu der Verbindungsfläche (4) aus einem Stück bestehen, so dass das Gewicht des Schneidkopfes (13) verglichen mit der Festigkeit des Schneidkopfes (13) verringert wird und die Eigenfrequenz des Schneidkopfes (13) erhöht wird, wenn dieser an der Zwischenstange (9) befestigt ist.
Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung (8) auf den Schneideinsatz (5) zu abgerundet ist, so dass eine S-Form (2) zwischen dem Flansch und einer Endfläche des Vorsprungs (8) erzeugt wird und ein Raum für guten Spanabfluss erzeugt wird.
Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei die andere Seite des Flansches zwei Flächen (1A, 16) umfasst, die zwei geneigte Ebenen in Bezug auf die Ebene der Verbindungsfläche (4) definieren.
Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei der Übergang zwischen den zwei geneigten Flächen (1A, 16) des Flansches und dem Vorsprung (8) allmähliche Übergänge mit definierten Radien (R2, R3) definiert, um Spannungskonzentrationen in dem Schneidkopf zu verringern.
Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei der Schneidkopf ein Loch mit einer Düse (7) zum Zubringen eines Schneidfluids umfasst.