DE69513546T2

DE69513546T2 - Ein auswechselbarer Schneideinsatz

Info

Publication number: DE69513546T2
Application number: DE69513546T
Authority: DE
Inventors: Yuri Men; Amir Satran
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2015-03-07
Also published as: RU2136453C1; JP3618391B2; CA2143988C; EP0672492A1; ATE187111T1; BR9501090A; RU95103426A; CN1113173A; DE672492T1; DE69513546D1; US5597271A; PL176323B1; CA2143988A1; ZA952018B; IL108995A; BG62158B1; IL108995A0; KR100365456B1; EP0672492B1; KR950031337A

Description

Auswechselbaren Schneideinsatz

Die vorliegende Erfindung betrifft einen auswechselbaren Schneideinsatz für Fräsarbeiten, der vorzugsweise in einem Fräswerkzeug montiert oder angeordnet und zum Schneiden von Vertiefungen, z. B. zum Schneiden von Schultern oder Ansätzen, Schlitzen, Nuten oder ähnlichen Strukturen, mit Wänden geeignet ist, die im wesentlichen unter einem Winkel von 90º zueinander angeordnet sind. Solche Vertiefungen werden nachstehend als "Vertiefungen des spezifizierten Typs" bezeichnet.
Bekannte Fräswerkzeuge dieses Typs werden allgemein in zwei Kategorien eingeteilt. In der ersten Kategorie weist das Werkzeug eine einzelne, am Umfang angeordnete Reihe von Einsätzen auf, wobei jeder Einsatz eine Hauptschneidkante aufweist, die im wesentlichen parallel zur Drehachse des Schneidwerkzeugs ausgerichtet und dazu geeignet ist, eine vertikale oder senkrechte Wand der Vertiefung oder Schulter zu fräsen, und eine im wesentlichen in Querrichtung ausgerichtete sekundäre Schneidkante, die dazu geeignet ist, eine Basiswand der Vertiefung zu wischen oder zu glätten. Bei solchen Werkzeugen ist die Tiefe der fräsbaren Vertiefung begrenzt, wobei diese Tiefe nicht größer sein kann als das Maß der Hauptschneidkante. In einer zweiten Kategorie von Werkzeugen weist das Fräswerkzeug außer einer untersten Reihe von Schneideinsätzen der vorstehend beschriebenen Art eine oder mehrere zusätzliche am Umfang angeordnete Einsatzreihen auf, wobei jeder der Einsätze Hauptschneidkanten mit normalerweise positiven axialen Spanwinkeln aufweist. Bei einem solchen Werkzeug ist das Fräsmaß der vertikalen oder senkrechten Wand der Vertiefung größer. Obwohl Einsätze, die eine unterste Einsatzreihe aufweisen, die in Querrichtung ausgerichteten sekundären Schneidkanten aufweisen müssen, müssen Einsätze, die zweite und möglicherweise weitere Einsatzreihen aufweisen, nicht notwendigerweise solche sekundären Schneidkanten aufweisen.
Äußerdem ist es in ökonomischer Hinsicht wünschenswert, daß jeder Einsatz eine maximale Anzahl von Schneidkanten aufweist, die, falls erforderlich, leicht in Position eingestellbar sind. Die meisten für den dargestellten Zweck verwendeten bekannten Fräswerkzeugeinsätze sind entweder langformatig-rechteckig und weisen daher zwei parallel zueinander angeordnete Hauptschneidkanten auf, oder dreieckig und weisen drei Hauptschneidkanten auf. In diesen bekannten Einsätzen können der Hauptschneidkante Zusatz- oder sekundäre Schneidkanten zugeordnet sein.
In der EP-A-0156780 wurden Einsätze zur Verwendung in einem zylinderförmigen Fräswerkzeug zum Fräsen von Vertiefungen der spezifizierten Art vorgeschlagen, wobei jeder Einsatz eine quadratische Grundform und vier verstell- oder indexierbare Schneidkanten aufweist, wobei jeder Hauptschneidkante eine in Querrichtung ausgerichtete sekundäre Schneidkante zugeordnet ist, die auf einer Erweiterung des Einsatzes angeordnet ist, die über seine quadratische Grundform hinausragt. Die Verwendung solcher Einsätze ist jedoch begrenzt. Sie sind nur zur Verwendung in zylinderförmigen Fräswerkzeugen mit einer einzelnen Reihe von Einsätzen geeignet, die auf der Vorderfläche des Fräswerkzeugs am Umfang angeordnet sind, so daß die Tiefe der durch diese Einsätze ausgebildeten Vertiefung auf das Maß der Schneidkante jedes Einsatzes begrenzt ist.
Alternativ wurde in der EP-A2-0489702, in der der mit der vorliegenden Erfindung am engsten in Beziehung stehende Stand der Technik beschrieben ist, ein im wesentlichen quadratischer Einsatz für ein Fräswerkzeug mit vier Hauptschneidkanten beschrieben, wobei jeder Hauptschneidkante eine als Wischer oder Abstreifer dienende sekundäre Schneidkante zugeordnet ist, und wobei die Hauptschneidkante sich bezüglich der zugeordneten sekundären Schneidkante unter einem Winkel von 0,5º bis 4º leicht nach innen erstreckt. Ein solcher Schneideinsatz weist keine hervorstehenden Erweiterungen auf, durch die die Tiefe der Vertiefung begrenzt wird. Der Einsatz, der gemäß seinen Spezifikationen unter einem negativen radialen Spanwinkel angeordnet wird, weist ein wesentliches Problem dadurch auf, daß der Freiwinkel am vorderen Ende der Schneidkante größer ist als der Freiwinkel an ihrem entgegengesetzten, hinteren Ende. Unter der Voraussetzung, daß der relativ kleinere Freiwinkel am hinteren Ende der Schneidkante tatsächlich der minimale zu verwendende Freiwinkel ist, ist der Freiwinkel am vorderen Ende übermäßig groß, so daß die Gefahr besteht, daß die Schneidkante an diesem Punkt übermäßig geschwächt wird oder verschleißt, wodurch die Lebensdauer des Werkzeugs vermindert wird.
Dieses bei herkömmlichen Fräserschneideinsätzen auftretende Problem wurde in den US-Patenten Nr. 5071292 und 5078550 erkannt und diskutiert, und in diesen Patentbeschreibungen wurden jeweils alternative Vorschläge gemacht, um die beschriebenen Probleme oder Nachteile zu lösen. Diese Vorschläge beziehen sich jedoch alle auf langformatigrechteckige Schneideinsätze, und ihre Anwendung auf Einsätze mit quadratischer Grundform, wobei vier alternative Schneidkanten bereitgestellt werden, wurde nicht ins Auge gefaßt.
Ein anderer Nachteil des in der EP-A-0489702 beschriebenen Einsatzes ergibt sich durch die Konfiguration der Ein satzschneidkante, die einen Hauptschneidkantenabschnitt und einen relativ dazu geneigten sekundären Schneidkantenabschnitt aufweist. Die gesamte Schneidkante ist daher nicht rechteckig, und weil beide Abschnitte mit der bearbeiteten Fläche in Kontakt stehen, ist der erreichbare Grad der Eben- oder Flachheit der bearbeiteten Oberfläche begrenzt.
In der EP-A-0457488 wird ein Fräserschneideinsatz mit einer in Draufsicht betrachtet rechteckigen Form und mit einem ersten und einem zweiten Paar gegenüberliegender Schneidkanten mit verschiedener Form beschrieben.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen und verbesserten auswechselbaren Schneideinsatz zur Montage z. B. auf einem Fräswerkzeug bereitzustellen, wobei die vorstehend beschriebenen Nachteile im wesentlichen reduziert oder eliminiert sind.
Erfindungsgemäß wird ein auswechselbarer Schneideinsatz zur Montage auf einem Rotationsschneidwerkzeug bereitgestellt, wobei der Schneideinsatz eine im wesentlichen quadratische, ebene Basis, eine im wesentlichen quadratische obere Spanfläche und Seitenflanken oder -freiflächen aufweist, die sich von entsprechenden Kanten der Basis nach außen erstrecken, wobei jede Seitenflanke oder -freifläche die Spanfläche an einer Schneidkante schneidet, die aufeinanderfolgende und in gleicher Richtung verlaufende Haupt- und sekundäre Schneidkanten aufweist, wobei jede sekundäre Schneidkante bezüglich ihrer benachbarten Freifläche nach außen beabstandet und bezüglich ihrer zugeordneten Hauptschneidkante zur Basis hin versetzt angeordnet ist, wobei die Anordnung in Draufsicht in Richtung zur Spanfläche betrachtet derart ist, daß jede sekundäre Schneidkante über ihre zugeordnete Hauptschneidkante nicht hinausragt.
Wenn ein solcher Schneideinsatz auf einem zylinderförmigen Fräswerkzeug angeordnet ist, kann der Einsatz so ver stell- oder indexierbar sein, daß aufeinanderfolgende Hauptschneidkanten zum Fräsen einer Schulter oder eines Ansatzes bereitgestellt werden, während benachbarte, in Querrichtung angeordnete, aufeinanderfolgende sekundäre Schneidkanten zum Wischen oder Glätten einer Basiswand der Vertiefung bereitgestellt werden. Durch Positionieren jedes Einsatzes derart, daß seine wirksame Hauptschneidkante einen positiven Spanwinkel aufweist, während zwischen einem sich von der Rotationswerkzeugachse erstreckenden Radius und einer Projektionslinie dieses Radius auf einer Ebene, die durch die Hauptschneidkanten gebildet wird, ein negativer radialer Winkel definiert ist, wird andererseits gewährleistet, daß die wirksame Hauptschneidkante die Schulter bearbeitet, während ihre zugeordnete sekundäre Schneidkante davon beabstandet ist, und es wird gewährleistet, daß die benachbarte, in Querrichtung angeordnete sekundäre Schneidkante die Basiswand bearbeitet und wischt oder glättet, während ihre zugeordnete Hauptschneidkante davon beabstandet ist.
Dadurch wird gewährleistet, daß eine Bearbeitung bis zu jeder gewünschten Tiefe ohne Behinderung durch hervorstehende Wischerkanten ausgeführt werden kann, wie dies in der EP- A-0156780 der Fall ist. Andererseits wird gewährleistet, daß während einer Fräsbearbeitung die der Hauptschneidkante zugeordnete sekundäre Schneidkante von der bearbeiteten Schulteroberfläche beabstandet und daher vor Verschleiß geschützt ist, und die Ebenheit und Flachheit der bearbeiteten Oberfläche erreicht wird.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, und um zu zeigen, wie diese in der Praxis realisiert werden kann, wird nachstehend auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines für Fräsbearbeitungen geeigneten erfindungsgemäßen Schneideinsatzes;
Fig. 2 eine Ansicht eines Details des in Fig. 1 dargestellten Einsatzes in vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Werkzeugs mit einem darauf angeordneten Einsatz zum Darstellen der Winkelanordnung des Einsatzes auf dem Werkzeug;
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs und eines in Fig. 3 dargestellten Schneideinsatzes während einer Fräsbearbeitung;
Fig. 5 ein Detail des in Fig. 4 dargestellten Einsatzes und des bearbeiteten Werkstücks in vergrößertem Maßstab betrachtet in einer Draufsicht des Einsatzes; und
Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Einsatzes.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, weist ein auswechselbarer Schneideinsatz eine im wesentlichen quadratische, ebene Basis 1 und eine im wesentlichen quadratische, obere Spanfläche 2 auf. Vier identische Seitenflanken oder -freiflächen 3 (von denen nur zwei sichtbar sind), erstrecken sich von jeweiligen Seitenkanten 4 der Basis 1 nach außen und schneiden die Spanfläche 2 an jeweiligen Hauptschneidkanten 5. Benachbarte Seitenflanken oder -freiflächen 3 gehen über Ecken 6 des Einsatzes ineinander über.
In der Spanfläche 2 sind abgesenkte oder vertiefte Abschnitte 7 ausgebildet, die jeweils in eine Einsatzecke 6 und in einen Endpunkt jeder Hauptschneidkante 5 übergehen und eine Basisfläche 8 aufweisen, die eine Hilfsfreifläche 9 an einer sekundären Schneidkante 10 schneidet.
Wie in den Zeichnungen ersichtlich ist, ist die sekundäre Schneidkante 10 bezüglich ihrer zugeordneten Hauptschneidkante 5 zur Basiskante 4 hin versetzt, während eine imaginäre Erweiterung der sekundären Schneidkante 10 entlang eines Abschnitts der Seitenflanke oder -freifläche in der Nähe der sekundären Schneidkante 10 von der benachbarten Seitenflanke oder -freifläche 3 nach außen beabstandet ist (vergl. Fig. 2). Die Hilfsfreifläche 9 erstrecket sich von der Basiskante 4 nach außen und bildet einen Winkel α&sub9; bezüglich einer Normalen zur Basis 1. Der Winkel α&sub9; ist größer als ein Winkel α3a, unter dem ein oberer Freiflächenabschnitt bzw. eine Hauptfreifläche 3a sich bezüglich der Normalen erstreckt (vergl. Fig. 6).
Das Maß des Versatzes der sekundären Schneidkante 10 bezüglich der Hauptschneidkante 5 zur Basiskante 4 hin, und das Maß, in dem die sekundäre Schneidkante 10 bezüglich der benachbarten Hauptfreifläche versetzt ist, sind derart, daß, wenn der Einsatz von oben in Richtung zur Spanfläche 2 betrachtet wird, jede sekundäre Schneidkante 10 über ihre zugeordnete Hauptschneidkante 5 nicht hinausragt, d. h. sich im wesentlichen kollinear mit der zugeordneten Hauptschneidkante 5 erstreckt, oder sich bezüglich der Hauptschneidkante 5 geringfügig nach innen erstreckt.
Nachstehend wird unter Bezug auf Fig. 3 die winkelmäßige Anordnung des Einsatzes in einer Umfangstasche 30 eines zylinderförmigen Werkzeughalters 11 beschrieben. In den Fig. 3 und 4 sind der Einsatz und der Werkzeughalter nur schematisch dargestellt, ohne daß besondere Konstruktionsmerkmale des erfindungsgemäßen Einsatzes dargestellt sind. Wie dargestellt, ist der Einsatz so angeordnet, daß seine wirksame Hauptschneidkante 5 einen positiven axialen Winkel γA bezüglich einer parallel zur Drehachse 13 des Werkzeugs angeordneten Bezugslinie 12 definiert. Ein negativer radialer Spanwinkel γR ist zwischen einem sich von der Rotationswerkzeugachse 13 erstreckenden Radius 14 und einer Projektionslinie 15 dieses Radius auf einer Ebene definiert, die durch die Hauptschneidkanten 5 definiert ist und den Radius 14 an einem Punkt schneidet, wo dieser die Hauptschneidkante 5 schneidet.
Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, ist das Fräswerkzeug zum Fräsen einer Vertiefung 16 in ein Werkstück 17 mit einer vertikalen oder senkrechten Wand 18 und einer Basiswand 19 geeignet, die im wesentlichen unter 90º zueinander angeordnet sind.
Nachstehend wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Wie dargestellt, und als Ergebnis der vorstehend beschriebenen winkelmäßigen Anordnung des Einsatzes, wird die vertikale oder senkrechte Wand 18 der Vertiefung 16 durch die senkrechte Hauptschneidkante 5 gefräst, während ihre zugeordnete sekundäre Schneidkante 10 von der vertikalen oder senkrechten Wand 18 beabstandet ist. Andererseits steht die unmittelbar benachbarte und in Querrichtung angeordnete sekundäre Schneidkante 10 in Wisch- bzw. Reibkontakt mit der Basiswand 19 der Vertiefung 16, während ihre zugeordnete Hauptschneidkante 5 davon beabstandet ist. Die Abstände zwischen dem Einsatz und den Werkstückwänden sind aus Darstellungsgründen übertrieben dargestellt.
Auf diese Weise wird gewährleistet, daß, während durch die Hauptschneidkante 5 eine Fräsbearbeitung ausgeführt wird, ihre zugeordnete sekundäre Schneidkante 10 von der senkrechten Wand 18 beabstandet und daher keinem Verschleiß ausgesetzt ist. Wenn dagegen die benachbarte und in Querrichtung angeordnete sekundäre Schneidkante 10 verwendet wird, um die Basiswand 19 der Vertiefung 16 zu "wischen", ist ihre zugeordnete Hauptschneidkante 5 von der Basiswand 19 beabstandet und ebenfalls keinem Verschleiß ausgesetzt.
Dieser Einsatz hat den deutlichen Vorteil, daß er sekundäre Schneidkanten aufweist, die zum "wischen" verwendet werden und über die zugeordneten Hauptschneidkanten 5 nicht hinausragen, so daß hinsichtlich der Frästiefe oder der Ver wendung des Einsatzes für die verschiedenen Einsatzreihen im Fräswerkzeug keine Beschränkungen existieren.
Obwohl der vorstehend beschriebene Einsatz Hauptschneidkanten 5 aufweist, die im wesentlichen parallel zu den Basiskanten 4 des Einsatzes verlaufen, können die Hauptschneidkanten auch so angeordnet sein, daß sie zu den Basiskanten hin geneigt sind, so daß der Einsatz ein größeres positives axiales Winkelmaß aufweist, ohne daß der Neigungswinkel der Einsatzsitzfläche übermäßig zunimmt.
Außerdem weist, wie in Fig. 1 dargestellt, jede Freifläche 3 des Einsatzes einen oberen und einen unteren Freiflächenabschnitt 3a bzw. 3b auf, die durch einen Schnittstellenabschnitt 3c getrennt sind. Der obere Freiflächenabschnitt 3a und seine zugeordnete Spanfläche können kontinuierlich gekrümmt sein, um zu gewährleisten, daß im montierten Zustand entlang der Länge der Hauptschneidkante ein im wesentlichen konstanter Freiwinkel und ein im wesentlichen konstanter Spanwinkel beibehalten werden. Alternativ kann der obere Freiflächenabschnitt 3a im wesentlichen eben ausgebildet sein, wobei der Freiwinkel der Freifläche im Bereich eines vorderen Endes der Hauptschneidkante 5 im nicht montierten Zustand dem Freiwinkel im Bereich des hinteren Endes der Hauptschneidkante 5 im wesentlichen gleicht.
Der Freiflächenabschnitt 3b ist eben, um einen effektiven Sitz des Einsatzes im Werkzeug zu gewährleisten. Die vorliegende Erfindung ist gleichermaßen auf einen Fall anwendbar, in dem die Freifläche 3 als einzelne ebene Fläche ausgebildet ist.

Claims

1. Auswechselbarer Schneideinsatz zur Montage in einem Rotationsschneidwerkzeug, wobei der Schneideinsatz eine im wesentlichen quadratische, ebene Basis, eine im wesentlichen quadratische, obere Spanfläche und Seitenfreiflächen aufweist, die sich von entsprechenden Kanten der Basis nach außen erstrecken, wobei jede Seitenfreifläche die Spanfläche an einer Schneidkante schneidet, die aufeinanderfolgende und in gleicher Richtung angeordnete Haupt- und sekundäre Schneidkanten aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß jede sekundäre Schneidkante (10) bezüglich ihrer benachbarten Freifläche (3) nach außen beabstandet ist und bezüglich ihrer zugeordneten Hauptschneidkante (5) zur Basis (1) hin versetzt ist, wobei die Anordnung in Draufsicht in Richtung zur Spanfläche (2) betrachtet derart ist, daß jede sekundäre Schneidkante (10) über ihre zugeordnete Hauptschneidkante (5) nicht hinausragt.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hauptschneidkante (5) zur Basis (1) hin geneigt ist.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Freifläche (3) einen ersten Freiflächenabschnitt (3a) benachbart zur Hauptschneidkante (5) und einen zweiten, ebenen Freiflächenabschnitt (3b) benachbart zur Basis (1) aufweist, wobei der erste Freiflächenabschnitt (3a) und seine benachbarte Spanfläche gekrümmt sind, so daß, wenn der Einsatz im Werkzeug angeordnet ist, der Freiwinkel und der Spanwinkel bezüglich des Werkzeugs entlang der Länge der Hauptschneidkante (5) im wesentlichen unveränderlich bleiben.

4. Schneideinsatz nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der der Hauptschneidkante (5) benachbarte Freiwinkel (α3a) kleiner ist als der der sekundären Schneidkante (10) benachbarte Freiwinkel (α&sub9;).