DE69402200T2

DE69402200T2 - Scheideinsatzeckengeometrie für verbesserte oberflächerauhigkeit

Info

Publication number: DE69402200T2
Application number: DE69402200T
Authority: DE
Inventors: Ronald Hamerski; Ted Massa; John Vankirk
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2014-05-07
Also published as: EP0706433B1; ZA943346B; WO1995000272A1; AU669809B2; EP0706433A1; CA2162598C; ES2085840T3; DE69402200D1; CA2162598A1; KR960703045A; AU6783494A; ES2085840T1; JPH08507976A; DE706433T1; RU2105638C1; ATE150349T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft insgesamt eine Schneideinsatzgeometrie zur Verwendung beim maschinellen Bearbeiten während Drehvorgängen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Einsatz mit einer modifizierten Eckgeometrie, die unterschiedliche Radien hat, um für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit zu sorgen.
Figur 1 zeigt eine typische Drehanwendung zum maschinellen Bearbeiten nach dem Stand der Technik, gemäß welcher ein Werkstück 10 um eine Mittellinie 15 in der durch den Pfeil 17 gezeigten Richtung durch eine Vorrichtung, wie z.B. eine Drehbank, gedreht wird. Ein Schneideinsatz 20 kann sicher in einem Werkzeughalter 25 durch eine Einrichtung, wie z.B. eine Spannbacke 30, gehalten werden, die den Einsatz 20 um einen Befestigungsbolzen 32 in der Tasche des Werkzeughalters 25 hält.
Wie in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, besteht der Schneideinsatz 20 insgesamt aus einem polygonalen Körper 34, der eine Oberseite 36 und eine Unterseite 38 mit einer dazwischen angeordneten Umf angswand 40 aufweist. Eine Schneide 42 ist an der Verbindung der Umf angswand 40 und der Oberseite 36 gebildet. Eine Schneide 42 kann ebenso an der Verbindung der Umfangswand 40 und der Unterseite 38 gebildet sein.
Der Einsatz 20 hat wenigstens einen Eckbereich 44, der durch Seitenseumente 46 verbunden ist. Figur 3 zeigt den in Figur 1 eingekreisten Bereich vergrößert. Während einer Bearbeitungsoperation berührt der Eckbereich 44 das Werkstück 10. Zusätzlich kann ein Abschnitt des Seitensegments 46 des Einsatzes 20 das Werkstück 10 berühren. Um dies zu erreichen, ist der Einsatz 20 so ausgerichtet, daß das Seitensegment 46 nahe der Hinterkante des Einsatzes 20 vom Werkstück 10 um einen Winkel a, bekannt als Freiwinkel, abgewinkelt ist, der zwischen dem Seitensegment 46 und der Vorschubrichtung 48 gebildet ist, wobei der Vorschub die Richtung ist, in der der Einsatz 20 dem Werkstück 10 bei jeder Umdrehung des Werkstücks 10 zugestellt wird. Bei der Betrachtung der Figuren 1 und 3 kann auch erkannt werden, daß der vorderste Abschnitt des Eckbereichs 44 am Werkstück 10 angreift.
Der Eckbereich 44 kann symmetrisch zu einer Winkelhalbierenden 50 sein, die einen Winkel b halbiert, welcher zwischen dem Schnitt einer Linie 52 gebildet ist, welcher sich von der Schneide 42 jedes benachbarten Seitensegments 46 erstreckt.
Der Werkzeughalter 25 (Figur 1) wird zum Werstück 10 zugestellt, bis der Schneideinsatz 20 die Oberfläche des Werkstücks 10 bis zu einer bestimmten Tiefe durchdringt. Das Ausmaß, in dem der Schneideinsatz 20 in das Werkstück 10 eindringt, gemessen in einer zur Oberfläche des Werkstücks normalen Richtung, ist als Schnittiefe bekannt und in Figur 3 mit der Ziffer 55 angegeben.
Der Werkzeughalter 25 wird ebenso bei jeder Umdrehung des Werkstücks 10 um eine bestimmte Strecke zugestellt, so daß Material längs der Oberfläche des Werkstücks 10 entfernt wird. Diese Bewegung erfolgt in Richtung des Vorschubs 48 und ist als Vorschubrate bekannt, bezeichnet mit der Ziffer 60. Da die Vorschubrate die Strecke ist, um die sich der Einsatz 20 bei einer Umdrehung des Werkstücks 10 bewegt, wird die Vorschubrate in einer Längeneinheit angegeben.
Allgemein haben Schneideinstätze, wie z.B. der Einsatz 20, einen Eckbereich 44, der aus einem gekrümmten Abschnitt mit einem einzigen Radius r besteht, wie zwischen den Punkten A und D in Figur 3 dargestellt. Als Folge des sich über die Oberfläche des Werkstücks 10 bewegenden Einsatzes 20 wird Material vom Werkstück 10 entfernt, und die sich ergebende Oberfläche weist eine Reihe von Scheiteln 65 und Tälern 70 auf, welche Wellen 75 definieren. Wie in den Figuren 1 und 3 zu sehen ist, wird die Form des Eckbereichs 44 des Einsatzes 20, die einen Radius r hat, auf das Werkstück 10 übertragen, und die Wellen 75 werden deshalb ebenso den Radius r haben. Das durch diese Wellen dem Werkstück 10 gegebene Finish definiert die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks 10.
Es wird allgemein angenommen, daß die Oberflächenrauhigkeit, welche durch einen Einsatz hervorgerufen wird, primär eine Funktion des Eckbereichsradius und der Vorschubrate ist. Es ist anzuerkennen, daß, wenn die Vorschubrate 60 herabgesetzt wird, der Abstand zwischen den Scheiteln 65 und die Höhe jedes Scheitels 65 abnehmen werden, wodurch eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit hervorgerufen wird.
Jedoch kann eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit ebenso erreicht werden, indem der Eckbereich des Einsatzes modifiziert wird. Bei einem Einsatz mit einem konstanten Radius r im Eckbereich 44 steht die Oberflächenrauhigkeit, wie auf Seite 168 des Buchs "Fundamentals of Machining and Machine Tools", zweite Ausgabe, von Geoffrey Boothroyd und Winston Knight, durch folgende Formel in enger Beziehung zur Vorschubrate und dem Eckbereichsradius:
Oberflächenrauhigkeit = 0,0321 × (Vorschubrate)²/Eckbereichsradius
wobei die Vorschubrate in Längeneinheiten (pro Umdrehung), der Eckbereichsradius in Längeneinheiten und die Oberflächenrauhigkeit in Langeneinheiten angegeben sind. Als Beispiel, wenn die Vorschubrate in inches (pro Umdrehung) und der Eckbereichsradius in inches angegeben sind, wird die Oberflächenrauhigkeit in inches angegeben.
Für die beste Oberflächenrauhigkeit bei einer vorgegebenen Vorschubrate sollte der Eckbereichsradius so groß wie möglich sein. Jedoch sind die Schneidkräfte am Einsatz am kleinsten, wenn der Eckbereichsradius am kleinsten ist. Wenn der Radius zu groß wird, dann werden, obwohl die Oberflächenrauhigkeit sich verbessert, die auf die Schneide wirkenden Kräfte größer. Aus diesem Grund wird ein Radius ausgewählt, der einen Kompromiß zwischen diesen zwei Faktoren bildet.
Das US-Patent Nr. 4,990,063 von Ecklund et al, erteilt am 5. Februar 1991, betitelt mit "Cutting Insert", lehrt einen Schneideinsatz mit einer ersten Schneide für Schruppoperationen und einer zweiten Schneide für Schlichtoperationen. Jedoch ist die zweite Schneide von der ersten Schneide durch einen Abstandsabschnitt und durch eine unterschiedliche Höhe getrennt und erfordert eine minimale Schnittiefe bevor die erste Schneide in Eingriff kommen kann und eine minimale Schnittlänge, bevor die zweite Schneide in Eingriff kommt. Zusätzlich erfordert die räumliche Trennung zwischen der ersten und der zweiten Schneide eine exakte winkelmäßige Positionierung des Schneideinsatzes und des Werkzeughalters relativ zum Werkstück, um die zweite Schneide genau in Eingriff zu bringen. Ein solcher Einsatz würde eine eingeschränkte Effektivität im Eckbereich eines Werkstücks aufweisen.
Die europäische Patentanmeldungsveröffentlichung mit der Nummer EP 0 489 701 A3, die den nächstkommenden Stand der Technik zeigt, lehrt einen Schneideinsatz, der für eine Schäloperation verwendet wird und einen Eckbereich mit unterschiedlichen Radien aufweist, um ein verbessertes Oberflächenfinish zu erlauben, jedoch ist dieser Einsatz nur in einer einzigen Vorschubrichtung verwendbar.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz für Drehanwendungen zu schaffen, der für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit über einen Bereich von Vorschubraten gegenüber anderen Einsätzen sorgt, die einen Eckbereich mit einem einzigen Radius haben und bei denselben Vorschubraten.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz zu schaffen, der für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit sorgen würde und mit derzeit existierenden Werkzeughaltern kompatibel ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz zu schaffen, der für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit sorgt und der auch gewendet werden kann, um dadurch mehrere Eckbereiche, die verwendet werden könnnen, bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz für Drehanwendungen zu schaffen, der für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit sorgt, ohne daß die Schneidkräfte am Schneideinsatz signifikant anwachsen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Schneideinsatz, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, wird beansprucht. Ein solcher Schneideinsatz hat einen polygonalen Körper aus verschleißfestem Material zum Entfernen von Material mit eine Spanungsdicke von einem Werkstück in einer Vorschubrichtung mit einer Vorschubrate bei einem Drehvorgang. Der Schneideinsatz besteht aus einer Oberund einer Unterseite sowie einer dazwischen angeordneten Umfangswand, einer Schneide, die an der Verbindung der Umfangswand und der Oberseite gebildet ist, und wenigstens einem Eckbereich sowie angrenzenden Seitensegmenten.
Die Schneide jeder Ecke besteht aus einem Eindringsegment und einem Endbearbeitungssegment. Das Eindringsegment wird durch einen Radius und zwei Enden zum Angreifen an einen Abschnitt des Werkstücks und zum Erzeugen einer Oberflächenrauhigkeit definiert. Das Endbearbeitungssegment wird durch einen gegenüber dem Eindringsegment größeren Radius definiert, der das zur Vorschubrichtung entgegengesetzte Ende des Eindringsegments schneidet, um eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit zu erzeugen.
Ein Übergangssegment wird zwischen dem Endbearbeitungssegment und der Seitenfläche des Einsatzes eingeführt.
Ein Endbearbeitungssegment grenzt an zwei Eindringsegmente, um für die Fähigkeit, in zwei Richtungen zu bearbeiten, zu sorgen und um den Schneideinsatz wendbar zu machen.
Jede Seite des Eckabschnitts der Einsatzschneide weist ein Endbearbeitungssegment auf.
Eine Oberfläche, die eine Reihe von kontinuierlich größer werdenden Radien aufweist, wird anstelle der Endbearbeitungssegmente mit einem einzigen Radius eingesetzt, und das Eindringsegment wird in der Länge so verringert, daß die gesamte Wirkung der Kante die einer Kante ist, welche einen kontinuierlich größer werdenden Radius, von einem kleinsten Eindringsegmentradius bis zu einem größten, hat.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die genaue Art der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klar werden, in denen:
Figur 1 eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz nach dem Stand der Technik ist, der an einem Werkstück bei einem Drehvorgang angreift.
Figur 2 Details des Einsatzes nach Figur 1 nach dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht zeigt.
Figur 3 den in Figur 1 eingekreisten Bereich des Standes der Technik in einer vergrößerten Ansicht zeigt.
Figur 4 eine vergrößerte Ansicht von Figur 1 ist, jedoch modifiziert, um Details der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
Figur 5 eine Draufsicht einer Ausführungsform des Eckbereichs des Einsatzes nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Figur 6 den Eckbereich des Einsatzes zeigt, der in Figur 5 gezeigt ist, mit zulässiger Winkeltoleranz.
Figur 7 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Schneide des Eckbereichs des Einsatzes nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Figur 8 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform des Einsatzes zeigt, bei welchem der Eckbereich erneut modifiziert ist.
Figur 9 Details des Eckbereichs nach Figur 8 zeigt.
Figur 10 eine vierte Ausführungsform zeigt, die nicht unter den Anspruch 1 fällt, bei welcher der Eckbereich nicht symmetrisch ist.
Figur 11 eine fünfte Ausführungsform zeigt, die nicht unter Anspruch 1 fällt, bei welcher das Endbearbeitungssegment eine Reihe von kontinuierlich größer werdenden Radien aufweist, die glatt in das Eindringsegment und die Seitenfläche übergehen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Bei der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform, bei der der vorderste Abschnitt des Eckbereichs 44 in das Werkstück 10 eindringt und einen Großteil des Schnittes durchführt, ist es dann nicht zwingend, daß andere als der vorderste Abschnitt des Eckbereichs 44 einen relativ kleinen Radius, der zum Schneiden ideal ist, beibehalten. Anstatt dessen kann der Radius des Eckbereichs 44, weg von der Vorschubrichtung 48, vergrößert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Radius für diesen Abschnitt des Eckbereichs, der zu Beginn in das Werkstück eindringt, zur Optimierung des Schnitts bemessen sein, während der Radius an dem Abschnitt des Schneideinsatzes, weg vom Abschnitt, welcher in das Werkstück 10 zu Beginn eindringt, so bemessen sein kann, daß er die Oberflächenrauhigkeit verbessert. Zur Vereinfachung werden die Bezugszahlen bei unterschiedlichen Ausführungsformen dieser Erfindung für ähnliche Teile bezüglich der Elemente des Standes der Technik ähnlich sein, jedoch um 100 für jede Ausführungsform erhöht.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Schneideinsatz 120 einen Eckbereich 144 umfaßt, der durch Seitenseumente 146 begrenzt ist, wobei diese den Eckbereich 144 an Punkten A und D schneiden. Der Eckbereich 144 hat ein Eindringsegment 100, das zwischen den Punkten B und C definiert ist, mit einem Radius r1. Ferner grenzen zwei Endbearbeitungssegmente 105 an das Eindringsegment 100 an und sind zwischen den Punkten A-B bzw. C-D definiert. Jedes der Endbearbeitungssegmente 105 hat einen Radius R1, der größer als der Radius r1 des Eindringsegments 100 ist. Ein Endbearbeitungssegment 105 schneidet das Seitensegment 146, um einen Freiwinkel a1 zwischen dem Schneideinsatz 120 und der Vorschubrichtung 148 zu bilden. Die Schnittiefe ist mit Ziffer 155 dargestellt.
Es ist zu beachten, daß der Einsatz 120 zwei Endbearbeitungssegmente 105 hat, eines an jeder Seite des Eindringsegments 100. Zu Erläuterungszwecken wird nur das Endbearbeitungssegment 105 zwischen den Punkten A-B längs des Werkstücks 110 erörtert, unter der Voraussetzung, daß das zweite Endbearbeitungssegment 105 zwischen den Punkten C-D zur Bearbeitung in einer anderen als der durch die Vorschubrichtung 148 gezeigten verwendet werden kann, z.B. in einer Richtung rechtwinklig zur Vorschubrichtung 148.
Darüber hinaus kann das Endbearbeitungssegment 105 zwischen den Punkten C-D weggelassen werden, damit sich das Eindringsegment 100 hinter den Punkt C erstreckt und sich unmittelbar mit dem Seitensegment 146 schneidet, wenn die geplante Vorschubrichtung im allgemeinen in der Vorschubrichtung 148 liegt. Eine solche Variation wird mit Bezug auf Fig. 10 erörtert.
Gemäß Fig. 4 verläuft der Eckbereich 144 des Einsatzes 120 symmetrisch um eine Winkelhalbierende 150, die den Winkel b1 halbiert, welcher zwischen dem Schnitt einer Linie 152 gebildet ist, die sich von der Schneide 142 jedes benachbarten Seitensegments 146 aus erstreckt. Dies sorgt für einen symmetrischen Eckbereich 144. Während Fig. 4 eine Symmetrie um die Winkelhalbierende 150 zeigt, können Vorteile der vorliegenden Erfindung ohne eine solche Symmetrie vollständig erreicht werden. Ferner ist nennenswert, daß, obwohl R1 im Endbearbeitungssegement 105, definiert durch A-B und C-D, etwa gleich sein können, dies nicht erforderlich ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist als Ergebnis der vorliegenden Erfindung, obwohl das Eindringen in das Werkstück 110 durch den Eindringabschnitt 100 und durch den Abschnitt des Seitensegments 146, der in Vorschubrichtung 148 weist, erfolgt, die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks 110 eine Funktion des Radius R1 für das Endbearbeitungssegment 105 zwischen den Punkten A-B.
Damit das Endbearbeitungssegment 105 am Werkstück 110 angreift und auf das Werkstück 110 einen Radius R1 überträgt, ist es notwendig, daß wenigstens ein Punkt T am Endbearbeitungssegment 105 eine Tangente hat, die parallel zur Vorschubrichtung 148 des Schneideinsatzes 120 ist.
Unter diesen Umständen wird das Endbearbeitungssegment 105 die Schnittiefe 155 festlegen, da dieser Tangentialpunkt parallel zur Vorschubrichtung 148 der entfernteste Vorsprung des Einsatzes 120 im Werkstück 110 sein wird. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Punkt T in Fig. 4 ist der Punkt am Endbearbeitungssegment, der tangential zur Vorschubrichtung 148 liegt. Eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit kann erzielt werden, ohne daß das Endbearbeitungssegment 105 auf der gesamten Länge das Werkstück 110 berührt. Wie in Fig. 4 gezeigt, greift der gesamte Abschnitt des Endbearbeitungssegments 105 vorderhalb des Punkts T, d.h. der Abschnitt auf der Seite des Endbearbeitungssegments 105 vom Punkt T in Vorschubrichtung 148 zusammen mit einem Abschnitt des Endbearbeitungssegments 105 an der entgegengesetzten Seite des Punktes T, am Werkstück 110 an. Solange wenigstens ein Abschnitt des Endbearbeitungssegments 105 am Werkstück 110 angreift, kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, die Oberflächenrauhigkeit zu verbessern. Jedoch wird es bevorzugt, daß ein Punkt des Endbearbeitungssegments 105 eine Tangente aufweist, die parallel zur Vorschubrichtung 148 liegt.
Um die maximalen Vorteile einer solchen Ausbildung zu erhalten, sollte die Vorschubrate 160 nicht die maximale Länge einer Sehne 162 am Endbearbeitungssegment 105 übersteigen, die parallel zur Vorschubrichtung 148 ist. Eine rechtwinklige, sich von der Mitte einer solchen Sehne 162 erstreckende Linie sollte den Punkt T schneiden. Vorzugsweise ist das Endbearbeitungssegment um diesen Tangentenpunkt zentriert, um den Einfluß des Endbearbeitungssegments 105 auf die Oberflächenrauhigkeit zu maximieren.
Fig. 5 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 4, jedoch liefert sie Details von Radien und relativen Winkeln von Kreisbögen des Eindringsegments und der Endbearbeitungssegmente. Es ist zu beachten, falls die Vektorlängen von R1 und r1, die in Fig. 5 gezeigt sind, als die tatsächlichen Radienlängen angesehen werden würden, R1 dann etwa dreimal länger als r1 wäre. Tatsächlich jedoch kann die Länge von R1 bis zu fünfzigmal größer als die Länge von r1 sein. Wenn der Radius R1 ansteigt, steigen die Schneidkräfte auf dem Einsatz ebenso bis zu einem Punkt an, an dem der Vorteil der verbesserten Oberflächenrauhigkeit durch gestiegene Kräfte auf den Einsatz aufgehoben wird. Es versteht sich, daß, während insgesamt die Kraft mit dem Anstieg des Radius R ansteigt, die Kraft ebenso durch die Länge des Kreisbogens am Abschnitt eines Einsatzes, welcher das Werkstück berührt, beeinflußt wird. Ein Einsatz mit einem Endbearbeitungssegment, das einen Kreisbogen D1 von 5 Grad und einen Radius R1 hat und das Werkstück berührt, wird geringere Schneidkräfte ausüben als ein Einsatz mit einem Endbearbeitungssegment, das einen Kreisbogen D1 von 15 Grad und einen Radius R1 hat und das Werkstück berührt. Zusätzlich wird der Kreisbogen c1 des Eindringsegments 100 ansteigen, wenn d1 ansteigt.
Es wurde herausgefunden, daß ein CNMG-432-Einsatz, der die folgenden Merkmale hat, eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit gegenüber einem unmodifizierten CNMG-432-Einsatz im selben Werkzeughalter schafft:
r1 = 0,79375 mm (0,03125 inch)
R1 = 5,08 mm (0,20 inch)
c1 = 100 Grad
d1 = 10 Grad
Vorschubrate = 0,508 mm/Umdrehung (0,020 inch/Umdrehung).
Bei diesen Werten ist eine Oberflächenrauhigkeit von 1625,6 Mikro-Millimetern (64 micro-inches) möglich, wobei die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit auf der zuvor beschriebenen Gleichung für die Oberflächenrauhigkeit basiert.
Als Vergleich, bei Verwendung eines Eckbereichs, der einen einzelnen Radius r von 0,79375 mm (0,03125 inches) und eine Vorschubrate von 0,508 mm (0,020 inch) hat, ergibt sich eine Oberflächenrauhigkeit von 10439,4 Mikro-Millimetern (411 micro-inches). Die Verwendung dieser erfindungsgemäßen Konstruktion sorgt für eine Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit um 84%.
Es ist zu beachten, daß der gemäß der vorliegenden Erfindung modifizierte CNMG-432-Einsatz und der nichtmodifizierte CNMG-432-Einsatz untereinander austauschbar waren. Keine Modifikationen an anderer Hardware, z.B. Werkzeughaltern und Einsatzhaltevorrichtungen, waren notwendig, um die Vorteile dieser Erfindung zu erhalten.
Zusätzlich verzeiht die vorliegende Erfindung mehr als eine gerade Oberfläche, die anstatt einer gekrümmten Oberfläche für eine bessere Oberflächengenauigkeit benutzt werden könnte, indem eine gekrümmte Oberfläche mit einem größeren Radius R1 im Eckbereich 144 eingeführt wird. Wenn eine gerade Oberfläche verwendet wird, wäre eine exakte Ausrichtung dieser Oberfläche parallel zur Vorschubrichtung kritisch. Die Endbearbeitungsoberfläche 105 der vorliegenden Erfindung ist jedoch tolerant gegenüber winkelmäßigen Fehlausrichtungen, wie z.B. versteckten Toleranzen beim Herstellungsprozeß sowohl des Werkzeughalters als auch des Einsatzes. Während idealerweise der Tangentialpunkt T im Mittelpunkt des Endbearbeitungssegments 105 liegen sollte und dadurch für das größte Ausmaß der Berührung des Endbearbeitungssegments 105 am Werkstück 110 sorgt, wird der Einsatz 120 nach wie vor effektiv sein, falls dies nicht der Fall ist und eine Fehlausrichtung des Einsatzes vorhanden ist oder wenn die Vorschubrichtung im Bereich der Winkelposition des Einsatzes bezüglich des Werkstücks geändert wird. Eine solche Fehlausrichtung könnte durch eine Fehlpositionierung des Einsatzes innerhalb des Werkzeughalters verursacht werden oder durch eine Änderung der Vorschubrichtung während des Schneidens.
Insbesondere ist die Vorschubrichtung 148', wie in Fig. 6 zu erkennen, leicht gegenüber dem Einsatz 120 gewinkelt und verschiebt den Tangentialpunkt zum Punkt T' und legt eine Sehne 162' fest, die zum Punkt T' gemittelt ist. Als Folge ist auch der Freiwinkel von al zu a1' verändert worden. Es ist eine Toleranz für die Winkeldrehung der Vorschubrichtung 148' relativ zum Einsatz 120 vorhanden, wenn der Tangentialpunkt T' nicht in der Mitte des Endbearbeitungssegments 105 liegt.
Fig. 5 ist identisch zu Fig. 6, mit Ausnahme der Vorschubrichtung 148' und der sich ergebenden relativen Änderung der Ausrichtung von Werkstück 110 und Einsatz 120.
Selbst wenn die Vorschubrate des Einsatzes 120 die maximale Länge der Sehne 162' am Endbearbeitungssegment 105 parallel zur Vorschubrichtung 148' übersteigt, schafft die Erfindung nach wie vor eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit. Die verbesserte Oberflächenrauhigkeit wird jedoch durch sowohl den Radius des Eindringsegments als auch den Radius des Endbearbeitungssegments erzeugt, und die Oberflächenrauhigkeit wird verbessert, jedoch nicht im selben Ausmaß wie bei nur einem eingreifenden Endbearbeitungssegment.
In solchen Fällen werden, mit Bezug auf Fig. 4, Abschnitte des Werkstücks 110 Wellen 175 haben, mit einem Abschnitt der Wellen 175, welcher den Radius r1 (nicht gezeigt) des Eindringsegments 100 hat, und einem anderen Abschnitt mit dem Radius R1 des Endbearbeitungssegments 105 zwischen den Punkten A-B. Unter diesen Umständen ist es wünschenswert, daß der als Punkt B (Fig. 6) gezeigte Übergang zwischen dem Eindringsegment 100 und dem Endbearbeitungssegment 105 ein glatter, kontinuierlicher Übergang ist, um jegliche scharfen Ecken am Kontakt mit dem Werkstück zu hindern. Zu diesem Zweck ist die Neigung des Eindringsegments 100 und des Endbearbeitungssegments 105 an ihrem Schnittpunkt B vorzugsweise gleich. Auf dieselbe Weise ist dann die Neigung des Endbearbeitungssegments 105 und des Seitensegments 146 an ihrem Schnittpunkt A vorzugsweise gleich, wenn der Einsatz 110 so orientiert ist, daß der Punkt A, welcher der Übergangspunkt zwischen dem Endbearbeitungssegment 105 und dem Seitensegment 146 ist, erfaßt wird. Zusätzlich hierzu können einige Vorteile erreicht werden, selbst wenn kein Punkt des Endbearbeitungssegments 105 tangential zur Vorschubrichtung ist, solange ein Abschnitt des Endbearbeitungssegments am Werkstück 110 angreift. Der größere Radius des Endbearbeitungssegments 105 sorgt für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit relativ zu der Rauhigkeit, die durch das Eindringsegment 100 über jeden Abschnitt des Werkstücks 110, an den es angreift, erreicht wird.
Was in den Figuren 4 bis 6 beschrieben worden ist, ist ein Schneideinsatz 110, der einen Eckbereich 144 mit einem Eindringsegment 100 aufweist, um an einem Werkstück 110 anzugreifen, und einem Endbearbeitungssegment 105, um die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks 110 zu verbessern. Das Endbearbeitungssegment 105 geht am Punkt B in das Eindringsegment 100 über und am Punkt A in das Seitensegment 146. Bei einer alternativen Ausführungsform geht jedoch das Endbearbeitungssegment 105 nicht direkt in das Seitensegment 146 über.
Fig. 7 zeigt einen Eckbereich 244 eines Einsatzes 210, der ein Eindringsegment 200 mit einem Radius r2 und zwei Endbearbeitungssegmente 205 mit Radien R2 aufweist.
Es ist lediglich erforderlich, um ein Endbearbeitungssegment 205 an dem Einsatz 210 von ausreichender Länge zu schaffen, daß für vorgesehene Vorschubraten gesorgt wird. Aus diesem Grund und um die Dimension der Anordnung des Eindringsegments 200 am Einsatz 210 zu steuern, kann ein Übergangssegment 275 zwischen dem Endbearbeitungssegment 205 und dem Seitensegment 246 eingeführt werden. Ein solches Segment 275 wird durch die Punkte A und E bzw. D und F begrenzt. Das Übergangssegment 275 kann einen Radius R2' haben, der kleiner als der Radius R2 des Endbearbeitungssegments 205 ist.
Die symmetrische Ausbildung des Eckbereichs, wie sie bislang erörtert worden ist, hat sich auf eine einzige Seite des Eckbereichs konzentriert und ist auf eine einzige Vorschubrichtung gerichtet.
Abweichend von den Figuren 4 bis 6 zeigen die Figuren 8 und 9 eine Ausgestaltung eines Einsatzes, bei welchem ein Endbearbeitungssegment 405 von zwei Eindringsegmenten 400 flankiert ist. Fig. 8 zeigt einen Schneideinsatz 420, der einen polygonalen Körper 434 mit einer Oberseite 436, einer Unterseite 438 und einer Umfangswand 440 dazwischen hat. Eine Schneide 442 wird an der Verbindung der Umfangswand 440 und der Oberseite 436 gebildet. Eine Schneide kann ebenso an der Verbindung der Umfangswand 440 und der Unterseite 438 gebildet werden. Fig. 9 zeigt einen vergrößerten Teil von Fig. 8.
Während die Form des Einsatzes 420 von dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten Einsatz 120 abweicht, sind die Merkmale ähnlich, daß das Eindringseument 400 zu Beginn am Werkstück 410 angreift und das Endbearbeitungssegment 405 folgt, um die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks 410 zu verbessern. Dieselbe vorher geführte Erörterung der Funktion des Endbearbeitungssegments kann hier geführt werden.
Der Schneideinsatz 420 besteht aus einem Eckbereich 44, der zwischen Seitensegmenten 446 begrenzt ist und diese Segmente an den Punkten A' und D' schneidet. Der Eckbereich 444 hat ein Endbearbeitungssegment 405, das zwischen den Punkten B' und C' durch den Radius R3 definiert ist. Darüber hinaus grenzen zwei Eindringsegmente 400 an das Endbearbeitungssegment 405 und werden durch die Punkte A'-B' bzw. C'-D' definiert. Jedes der Eindringsegmente hat einen Radius r3, der kleiner als der Radius R3 des Endbearbeitungssegments 405 ist. Das Eindringsegment 400 zwischen den Punkten A'-B' schneidet das Seitensegment 446, um einen Freiwinkel a3 zwischen dem Werkstück 410 und dem Schneideinsatz 420 zu bilden.
Es ist zu beachten, daß der Einsatz 420 zwei Eindringsegmente 400 hat, eines auf jeder Seite des Endbearbeitungssegments 405. Zu Zwecken einer verbesserten Oberflächenrauhigkeit wird nur das Eindringsegment 400 zwischen den Punkten C'-D' längs des Werkstücks 410 in einer Vorschubrichtung 448 diskutiert, unter dem Verständnis, daß das zweite Eindringelement 400 zwischen den Punkten A'-B' in ähnlicher Weise erfaßt werden würde, wenn die Vorschubrichtung direkt entgegengesetzt zu der Vorschubrichtung 448 ist. Als Alternative könnte das zweite Eindringsegment 400 zwischen den Punkten A'-B' eliminiert werden, wenn der einzige auftretende Vorschub in der Vorschubrichtung 448 liegen würde.
Um in Vorschubrichtung 448 oder in der entgegengesetzten Vorschubrichtung zu arbeiten, ist der Eckbereich 444 vorzugsweise symmetrisch um die Winkelhalbierende 450, welche den Winkel b3 halbiert, der durch den Schnitt einer Linie 452 gebildet ist, die sich von der Schneide 442 jedes angrenzenden Seitensegments 446 aus erstreckt. Darüber hinaus sollte der Einsatz 420 für die beste Leistung so relativ zum Werkstück orientiert sein, daß die Winkelhalbierende 450 rechtwinklig zur Vorschubrichtung 448 ist.
Die Konfiguration des Einsatzes 420 in den Figuren 8 und 9 kann ähnlich zu der in den Figuren 4 bis 7 beschriebenen sein, jedoch unter Ersatz der Positionen des Eindringsegments 400 und der Endbearbeitungssegmente 405. Jedoch wird genau wie zuvor das Eindringsegment 400 für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit zu Beginn am Werkstück 410 angreifen, und das Endbearbeitungssegment 405 wird folgen. Damit das Endbearbeitungssegment 405 am Werkstück 410 angreift und für eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit sorgt, wird es bevorzugt, daß wenigstens ein Punkt am Endbearbeitungssegment 405 einen Tangentenpunkt hat, der parallel zur Vorschubrichtung 448 des Schneideinsatzes 420 liegt. Jedoch ist es, wie zuvor diskutiert, möglich, eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit zu schaffen, indem irgendein Abschnitt des Endbearbeitungssegments am Werkstück angreift.
Es sollte beim vorliegenden Fall beachtet werden, daß die Vorschubrichtung 448 umgedreht werden könnte und der Einsatz 410 genauso effektiv arbeiten würde.
Was bislang beschrieben worden ist, ist auf die symmetrischen Eckbereiche gerichtet. Fig. 10 zeigt einen Einsatz 510, bei welchem der Eckbereich 544 nicht symmetrisch um die Winkelhalbierende ist, die einen Winkel halbiert, der durch den Schnitt einer Linie 552 gebildet ist, welche sich von der Schneide 542 jedes angrenzenden Seitensegments 546 erstreckt. Bei diesem Beispiel führt das Weglassen eines Endbearbeitungssegments zu einer Unsymmetrie des Eckbereichs 544. Während das Endbearbeitungssegment 505 mit dem Radius R4 zwischen den Punkten A" und B" vorhanden ist und ein Eindringsegment 500 zwischen den Punkten B" und C" mit einem Radius r4 zu diesem angrenzt, geht das Eindringseument 500 direkt in das Seitensegment 546 am Punkt C" über. Bei diesem Beispiel wird eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit durch Angreifen des Endbearbeitungssegments 505 zwischen den Punkten A"-B" am Werkstück (nicht gezeigt) möglich. Unter Bezugnahme, eine Vorschubrichtung 548 und ein Freiwinkel a4 sind mit dem Verständnis gezeigt worden, daß, genau wie zuvor, die Tangente eines Punktes längs des Endbearbeitungssegments 505 vorzugsweise parallel zur Vorschubrichtung sein sollte.
Bislang sind Konfigurationen diskutiert worden, bei welchen das Eindringsegment einen einzigen Radius und das Endbearbeitungssegment einen größeren, einzigen Radius hat. Es ist vollständig möglich, ein Endbearbeitungssegment zu schaffen, welches eine Vielzahl von Radien aufweist, die größer als der des Eindringsegments sind und von einem Minimum am Eindringsegment zu einem gewünschten größeren Radius ansteigen, der dann in das Seitenseument oder in ein Übergangssegment übergeht. Unter diesen Umständen sollte z.B. der in Fig. 4 gezeigte Einsatz 120 ein Eindringseument 100 mit einem Radius r1 haben, jedoch würde er dann ein Endbearbeitungssegment 105 mit einem Radius R1 am Punkt B sowie einen weiteren größeren Radius R1 am Punkt A mit einer Reihe von Segmenten haben, welche ansteigende Radien vom Punkt B bis zum Punkt A aufweisen, so daß ein sanfter Bogen vorhanden wäre. Obwohl die Oberflächenrauhigkeit verbessert werden würde, wäre die Rauhigkeit eine Funktion des Radius des Endbearbeitungssegments, der am Werkstück angreift. Genau wie zuvor ist es bevorzugt, daß wenigstens ein Punkt des Endbearbeitungssegments einen Punkt aufweist, der tangential zur Vorschubrichtung ist.
Fig. 11 zeigt eine solche Anordnung. Genau wie in Fig. 10 ist ein Einsatz 610 gezeigt, bei welchem der Eckbereich 644 nicht symmetrisch um eine Winkelhalbierende ist, die einen Winkel schneiden würde, welcher durch den Schnitt der Linie 652 gebildet wird, die sich von der Schneide 642 jedes angrenzenden Seitensegments 646 aus erstreckt. Dies ist als ein Beispiel dargestellt, unter dem Verständnis, daß es vollständig möglich ist, daß der Eckbereich 644 symmetrisch um die Winkelhalbierende ist.
Ein Eindringsegment, das durch die Punkte B"'-C"' im Eckbereich 644 des Einsatzes 610 gebildet ist, hat einen einzigen Radius r5, der in das zwischen den Punkten A"'-B"' gebildete Endbearbeitungssegment 605 übergeht. Das Endbearbeitungssegment 605 besteht aus einem Bogen von kontinuierlich größer werdenden Radien R5-1 bis R5-n, wobei jeder Radius größer als der des Eindringsegments 600 bis zu einem Maximum am Ende des Endbearbeitungssegments 605, weg vom Eindringsegment 600, ist. Genau wie zuvor kann ein glatter, kontinuierlicher Übergang zwischen dem Eindringsegment 600 und dem Endbearbeitungssegment 605 gewünscht sein. Unter diesen Umständen sollten die Neigungen des Eindringsegments 600 und des Endbearbeitungssegments 605 an ihrem Schnittpunkt B"' vorzugsweise gleich sein. Auf dieselbe Weise sollten dann die Neigungen des Endbearbeitungssegments 605 und des Seitensegments 646 an ihrem Schnittpunkt A vorzugsweise gleich sein, wenn der Einsatz 610 so ausgerichtet ist, daß der Punkt A"' in Eingriff kommt, welcher der Übergangspunkt zwischen dem Endbearbeitungssegment 605 und dem Seitensegment 646 ist. Obwohl es in Fig. 11 nicht gezeigt ist, ist es möglich, in diese Ausführungsform ein Übergangssegment, ähnlich dem bei Fig.7 beschriebeneneinzufügen,welches einen Radius aufweist, der kleiner als der größte Radius des Endbearbeitungssegments 605 ist.
Es ist ebenso möglich, daß das Endbearbeitungssegment 605 einen wesentlichen Abschnitt des Eckbereichs 644 einnimmt, so daß das Eindringsegment 600 beträchtlich gegenüber dem Endbearbeitungssegment 605 verkleinert ist. Insbesondere kann der Kreisbogen c5 des Eindringsegments 600 kleiner als 2 Grad sein. Unter diesen Bedingungen erhält der Eckbereich 644 einen kontinuierlichen Bogen, bei welchem der Radius am Punkt C"' fest ist und der sich zu A"' erstreckende Bogen aus einer Serie von Segmenten mit sich bis zu einem maximalen Radius beim Punkt A"' vergrößernden Radien besteht, wobei der Punkt A"' das Ende des Endbearbeitungssegments 605 ist.
Bei jeder dieser Ausführungsformen ist es möglich, alle Eckbereiche auf einem gegebenen Einsatz entweder auf der Oberseite, der Unterseite oder auf beiden auszubilden. Damit wäre der Einsatz wendbar und könnte ebenso gedreht werden. Bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführung sollte es sich jedoch verstehen, daß die Vorschubrichtung durch die unsymmetrische Ausbildung des Eckbereichs begrenzt wäre.
Was beschrieben worden ist, ist ein Schneideinsatz, der einen Eckbereich mit wenigstens zwei unterschiedlichen Radien hat, ein Eindringsegment zur Erzielung einer anfänglichen Oberflächenrauhigkeit sowie ein Endbearbeitungssegment zur Verbesserung einer solchen Oberflächenrauhigkeit beim maschinellen Bearbeiten eines Werkstücks aufweist.

Claims

1. Schneideinsatz (20) mit einem polygonalen Körper (34) aus verschleißfestem Material zum Entfernen von Material mit einer Spanungsdicke (55) von einem Werkstück (10) in einer Vorschubrichtung (48) mit einer Vorschubrate (60) bei einem Drehvorgang, mit einer Ober- und einer Unterseite (36, 38) und einer dazwischen angeordneten Umf angswand (40) sowie einer Schneide (42), welche an der Verbindung der Umfangswand (40) und der Oberseite (36) gebildet ist; wobei der Einsatz (20) umfaßt:

wenigstens einen Eckbereich (44) und angrenzende Seitenbereiche (46), wobei jeder Eckbereich (44) an einer Winkelhalbierenden (50) angeordnet ist, die einen Winkel halbiert, der durch die Kreuzung einer sich von der Schneide (42) jedes angrenzenden Seitenbereichs (46) aus erstreckenden Linie gebildet ist, wobei jeder Eckbereich (44) besteht aus:

(a) einem Eindringsegment (100) um die Winkelhalbierende (50), wobei das Eindringsegement (100) zwei Enden (B, C) und einen Radius (rl) aufweist, um es der zugeordneten Schneide (42) zu ermöglichen, Material mit einer Spanungsdicke (55) beim Eindringen in das Werkstück (10) zu entfernen und ein wellenförmiges Finish auf dem Werkstück (10) zu erzeugen, und

(b) einem Endbearbeitungssegment (105), das an jedem Ende (B, C) des Eindringsegments (100) angrenzt und zwei Enden sowie einen Radius (R1) aufweist, der größer als der des Eindringsegments (100) ist und so zum Werkstück (10) ausgerichtet ist, daß die Tangente (T) wenigstens eines Zwischenpunktes auf dem Segment (105) parallel zur Vorschubrichtung (48) und so angeordnet ist, daß Material vom wellenförmigen Finish entfernt wird, um eine verbesserte Oberflächenneuigkeit zu schaffen.

2. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, bei welchem die maximale Länge einer zur Vorschubrichtung (48) parallelen Sehne (162) auf dem Endbearbeitungssegment (105) größer als die oder gleich der Vorschubrate (60) ist.

3. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, bei welchem eine die zwei Enden des Endbearbeitungssegments (105) verbindende Sehne (162) parallel zur Vorschubrichtung (48) ist.

4. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, bei welchem der Punkt des Endbearbeitungssegments (105) mit einer zur Vorschubrichtung (48) parallelen Tangente (T) die Spanungsdicke (55) festlegt.

5. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, bei welchem das Eindringsegment (100) und das Endbearbeitungssegment (105) so auf dem Einsatz (20) ausgerichtet sind, daß die Neigung jedes Segments (100, 105) am Schnittpunkt gleich ist.

6. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, bei welchem das Endbearbeitungssegment (105) und ein angrenzendes Seitensegment (46) so auf dem Einsatz (20) ausgerichtet sind, daß die Neigung jedes Segments (46) am Schnittpunkt gleich ist.

7. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, der ferner ein Übergangssegment (275) zwischen dem Endbearbeitungssegment (205) und dem zugeordneten angrenzenden Seitensegment (246) aufweist, wobei jedes Übergangssegment (275) einen Radius (R2') aufweist, der kleiner als der Radius (R2) des Endbearbeitungssegments (205) ist.

8. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 7, bei welchem das Übergangssegment (275) und das Endbearbeitungssegment (205) so auf dem Einsatz (20) angeordnet sind, daß die Neigung jedes Segments (205, 275) am Schnittpunkt gleich ist.

9. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 7, bei welchem das Übergangssegment (275) und ein angrenzendes Seitensegment (246) auf dem Einsatz (20) so ausgerichtet sind, daß die Neigung am Schnittpunkt gleich ist.

10. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, bei welchem der Radius (R1) des Endbearbeitungssegments (105) bis zu fünfzigmal größer als der Radius (r1) des Eindringsegments (100) ist.

11. Schneideinsatz (20) nach Anspruch 1, bei welchem die Ausgestaltung der Unterseite (38) identisch zu der der Oberseite (36) ist, so daß der Einsatz (20) invertierbar ist.