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Gebiet und Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Schneidwerkzeuge und insbesondere betrifft sie eine modulare
Schneidwerkzeug-Anordnung, in der Schneideinsätze unterschiedlicher Grade
von Rotationssymmetrie abwechselnd mit einem einzelnen Werkzeughalter
verwendet werden können.
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Es ist bekannt, aus verschiedenen
harten Materialien hergestellte Schneideinsätze zu verwenden, die runde,
polygonale oder sonst rotationssymmetrische Schneidkanten aufweisen,
die in einem Aufnahmehohlraum eines Werkzeughalters eines Schneidwerkzeugs
montiert sind. Während
eines Bearbeitungsbetriebs (Drehen, Fräsen, etc.) schneidet typischerweise
nur ein Anteil der verfügbaren Schneidkante
das Werkzeug. Das Ausmaß dieses Anteils
hängt von
der Schnitttiefe ab. Wenn ein Anteil einer wendbaren Schneidkante
eines regulären
(beispielsweise polygonalen) Einsatzes bearbeitet worden ist, wird
der Einsatz weitergewendet, um eine ganz neue Schneidkante zu präsentieren.
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Im Fall von Schneideinsätzen mit
polygonalen Schneidkanten kann ein korrekter Betrieb nur durch rotationales
Befestigen des Einsatzes innerhalb des Hohlraums erzielt werden,
um so den während
der Benutzung erzeugten Schneidkräften Stand zu halten. Die vorbekannte
Lehre hat sich dabei auf Anstoßoberflächen verlassen,
die sich aus der inhärenten
polygonalen Form des Schneideinsatzes ergeben. Jedoch kann sich
speziell bei Hochdrehmomentanwendungen oder bei Polygonen mit einer
großen
Zahl von Seiten die inhärente
Anstoßgeometrie als
ungeeignet erweisen, den Drehmomenten Stand zu halten, die sich
aus den Schneidkräften
ergeben können.
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Schneideinsätze mit runden Schneidkanten zeigen
Rotationssymmetrie und könnten
theoretisch kontinuierlich in jeglicher Winkelposition gewendet werden,
um sich auf tatsächlich
beobachtete Abnutzung einzustellen. In der Praxis sind jedoch runde Einsätze auch
auf Verwendung mit einer diskreten Anzahl von Wendestellungen eingeschränkt worden, die
winkelmäßig durch
einen gleichen Schiebewinkel beabstandet sind. Die Winkelverschiebung
zwischen den Schaltstationen wird als Winkelstufe des Einsatzes
bezeichnet.
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Um optimale Benutzung eines runden Schneideinsatzes
sicherzustellen, ist es wünschenswert,
eine Drehung des Einsatzes aus seiner Wendeposition während des
Schneidvorgangs zu vermeiden, wodurch die Abnutzung auf einen definierten Anteil
der Schneidkante begrenzt wird. Dies stellt sicher, dass der Anteil
der Schneidkante, der nach Repositionierung präsentiert wird, tatsächlich unbenutzt ist.
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Eine Anzahl von Konstruktionen sind
zum Verankern runder Einsätze
gegen Rotation vorgeschlagen worden. Diese Konstruktionen können in zwei
Arten unterteilt werden, nämlich "Sitzstifte" und "Lateralanstoß". Beispiele von Sitzstift-Konstruktionen können im
US-Patent Nr. 5,236,288 von Flueckiger und europäischer Patentveröffentlichung
Nr. 300,172 von Stashko gefunden werden. Die Lateralanstoß-Konstruktion
wird beispielhaft im US-Patent 5,346,336 von Rescigno beschrieben.
Alle diese Konstruktionen leiden an begrenzter Drehmoment-Widerstandsfähigkeit
aufgrund schlechter Größe, Position
und Orientierung der Kontaktoberflächen.
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Aus EP-A-0 596 843, welche den nächsten Stand
der Technik repräsentiert,
ist ein Metallschneideinsatz bekannt. Der Einsatz umfasst eine obere
Oberfläche,
die von einer Kegelstumpfkantenfläche geschnitten wird, um mit
ihr eine runde Schneidkante zu bilden. Fünf gleich beabstandete flache
Facetten werden in der Kantenfläche
ausgebildet. Obere Enden der Facetten befinden sich unterhalb der
Schneidkante. Der Einsatz wird durch eine Schraube an einem Sitz
eines Halters fixiert, so dass zwei der Facetten gegen entsprechende
flache Kontaktbereiche gepresst werden, die auf einer Positionieroberfläche des
Halters ausgebildet sind.
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Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich, sind
die Anforderungen für
ein effektives Zurückhalten
eines Schneideinsatzes typischerweise sehr spezifisch für die Geometrie
der Schneidkante. Daher wird für
jede Art von Einsatz, dreieckig, viereckig, quadratisch oder rund,
ein spezielles Werkzeughalterdesign mit einer entsprechenden Hohlraumform vorgesehen.
Im Ergebnis wird die Verwendung von mehreren Einsatztypen von der
Mühe des
Bereitstellens und Lagerns mehrerer Werkzeughalter begleitet und
erfordert die zusätzliche
Arbeit des Austauschens des gesamten Werkzeugs zwischen Schneidvorgängen.
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In einem Versuch, diese Kosten und
Arbeit zu vermindern, sind modulate Systeme, basierend auf austauschbaren
Kassetten entwickelt worden. Beispiele solcher Systeme beinhalten
das käuflich von
der SANDVIK Coromant erhältliche "Modulmill"-System und das kommerziell
von der Montanwerke Walter GmbH erhältliche "NOVEX F 2010"-System. Diese Systeme verwenden austauschbare
Adapterkassetten, von denen jede einen Hohlraum mit Klammergeometrie
bereitstellt, die für einen
bestimmten Schneideinsatz geeignet ist. Obwohl diese Systeme es
gestatten, die primären
Werkzeughalter mit verschiedenen Schneideinsatztypen zu verwenden,
fügt das
Austauschen der Kassetten dem Auswechseln immer noch einen verschwenderischen
zusätzlichen
Demontage-/Montage-Schritt hinzu.
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Es gibt daher einen Bedarf für eine modulate Schneidwerkzeug-Anordnung,
die abwechselnde Verwendung von mehreren Schneideinsätzen mit
unterschiedlichen Anzahlen von Wendepositionen innerhalb eines einzelnen
Werkzeughalterhohlraums gestattet. Auch besteht ein Bedarf an Schneideinsätzen und
Werkzeughaltern zur Verwendung in solch einer Anordnung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine modulare Schneidwerkzeug-Anordnung bereit, bei der Schneideinsätze mit
verschiedenen unterschiedlichen Anzahl von Wendestellungen oder
unterschiedlichen Schneidgeometrien abwechselnd in einer universellen
Werkzeughalter-Hohlraumstruktur verwendet werden können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist der Einsatz-aufnehmende Hohlraum strukturiert, um
umschreibende "Dreipunkt"-Positionierungs-
und Haltmerkmale bereitzustellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird ein Symmetrie-reduzierter Schneideinsatz mit vorragenden
Merkmalen bereitgestellt, die fehlerhaftes Wendern des Einsatzes
in einer inkorrekten Winkelposition hemmen.
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Die wendbaren Einsätze der
vorliegenden Erfindung können
Teil eines Satzes von abgestimmten austauschbaren Einsätzen zur
Verwendung mit einem Werkzeughalter einer einzelnen Größe und Form
bilden. Die Einsätze
und Aufnahmehohlräume der
Erfindung sind in vielen Anwendungen sehr wertvoll, die Frässchneider,
Stecheisen, Drehwerkzeuge und dgl. beinhalten, aber nicht darauf
beschränkt sind.
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In einer Ausführungsform stellt die vorliegende
Erfindung einen wendbaren Einsatz bereit, der eine Mehrzahl von
diskreten Anstoßflächen aufweist, von
denen drei gleichzeitig verwendet werden.
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Gemäß der Lehre der vorliegenden
Erfindung wird eine modulare Schneidwerkzeuganordnung bereitgestellt,
die umfasst: (a) einen Werkzeughalter mit zumindest einem Einsatz-aufnehmenden Hohlraum
(Tasche) mit einer Grundlage (Basis) und einer Mehrzahl von seitlichen
Abstützflächen; (b)
einen innerhalb des Hohlraums aufnehmbaren ersten Schneideinsatz,
der eine obere Oberfläche,
eine Bodenfläche
und eine periphere Flankenfläche
aufweist, wobei die periphere Flankenfläche konfiguriert ist, um Anstoßmerkmale
(Ansätze}
mit n × m-facher Rotationssymmetrie
um eine Mittelachse des ersten Schneideinsatzes bereitzustellen,
so dass der erste Schneideinsatz gegen die lateralen Abstützflächen in jeder
der m × n
Winkelpositionen für
zumindest einen Wert für
jedes n und m, wobei n ≥ 3
und m ≥ 2
zurückgehalten
werden kann; und (c) einen in dem Hohlraum aufnehmbaren zweiten
Schneideinsatz, wobei der zweite Schneideinsatz eine obere Oberfläche, eine
Bodenfläche
und eine periphere Flankenfläche aufweist, wobei
die periphere Flankenfläche
konfiguriert ist, um Symmetrie-verminderte Anstoßmerkmale mit nur n-facher
Rotationssymmetrie um eine Mittelachse des zweiten Schneideinsatzes
bereitzustellen, so dass der zweite Schneideinsatz gegen die lateralen
Abstützflächen in
nur n Winkelpositionen zurückgehalten
werden kann, wobei die periphere Flankenfläche des ersten Schneideinsatzes
so konfiguriert ist, dass ein durch den unteren Teil des ersten Schneideinsatzes
orthogonal zur Zentralachse genommener unterer Querschnitt eine
versenkte Form zeigt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist die periphere Flankenfläche des
ersten Schneideinsatzes so konfiguriert, dass ein oberer Querschnitt
durch den ersten Schneideinsatz orthogonal zur Mittelachse und proximal
zur oberen Fläche
eine nicht versenkte Form zeigt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung entspricht der obere Querschnitt einem im
wesentlichen gleichmäßigen Polygon
mit m × n
Seiten.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist der obere Querschnitt im wesentlichen
kreisförmig.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist die periphere Flankenfläche des
zweiten Schneideinsatzes so geformt, dass ein durch den unteren
Teil des zweiten Schneideinsatzes orthogonal zur Mittelachse an
einem Punkt, der näher
an der Bodenfläche
ist, genommener unterer Querschnitt eine versenkte Form zeigt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung unterscheidet sich der erste Eintrittswinkel
vom zweiten Eintrittswinkel um ungefähr 180°/n.
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Gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung wird auch ein Werkzeughalter zum abwechselnden Aufnehmen
eines ersten Schneideinsatzes bereitgestellt, der in exakt n Rotationspositionen wendbar
ist und eines zweiten Schneideinsatzes, der in m × n Rotationspositionen
schaltbar ist, für
jeweils wenigstens einen Wert von n und m, mit n ≥ 3 und m ≥ 2, wobei
der Werkzeughalter zumindest einen den Einsatz aufnehmenden Hohlraum
umfasst, der in Bezug auf eine durch den Hohlraum hindurch verlaufende
Achse definiert ist, mit der eine Mittelachse des Schneideinsatzes
auszurichten ist, wobei der genannte Hohlraum (a) eine Grundlage/Basis
zum Stützen
der Schneidsätze;
(b) erste, zweite und dritte seitliche Abstützflächen, die in Winkelabständen um die
Achse herum und im wesentlichen gleich beabstandet davon angeordnet
sind; (c) eine erste Seitenvertiefung, die zwischen den ersten und
zweiten seitlichen Abstützflächen angeordnet
ist; und (d) eine zweite Seitenvertiefung, die zwischen den zweiten und
dritten seitlichen Abstützflächen positioniert
ist, aufweist, wobei die ersten und zweiten Seitenvertiefungen so
ausgebildet sind, dass geometrische Abbildungen der ersten und zweiten
seitlichen Abstützflächen bei
Rotation um 360°/(m × n) um
die Achse innerhalb der ersten bzw. zweiten Seitenvertiefungen liegen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung definieren die ersten, zweiten und dritten
seitlichen Abstützflächen erste,
zweite bzw. dritte Ebenen, wobei die erste Ebene zur zweiten Ebene
durch eine Rotation um 360°/n
um die Achse in Beziehung steht.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung sind die ersten und dritten Ebenen des Hohlraums
im wesentlichen koplanar.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist n = 4 und m = 2.
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Gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung wird auch ein Schneideinsatz bereitgestellt, der eine
n-fache Rotationssymmetrie für
einen Wert von n mit n > 3
aufweist, wobei der Schneideinsatz ausschließlich in n Wendestellungen
innerhalb eines Einsatz-aufnehmenden Hohlraums wendbar ist, der
konfiguriert ist, abwechselnd Schneideinsätze mit sowohl n-fachen Rotationssymmetrie
als auch m × n-fachen
Rotationssymmetrie für
einen Wert von m ≥ 2 aufzunehmen,
wobei der Schneideinsatz eine einheitliche Struktur umfasst, die
eine durch eine Schneidkante begrenzte obere Fläche, eine Grundlage/Basis,
eine periphere Flankenfläche
und eine Mittelachse hat, wobei die periphere Flankenfläche so gestaltet
ist, dass ein Profil eines durch den unteren Teil des Schneideinsatzes
quer zur Mittelachse gehenden Querschnitts eine versenkte Form zeigt,
die beinhaltet: (a) n Winkelabschnitte (Eckbereiche), die in Winkelabständen um
die Mittelachse liegen, wobei die Winkelabschnitte n-fachen Rotations-symmetrischen
seitlichen Stützansätzen bzw.
-merkmalen entsprechen; und (b) Abstützvorsprünge, die nach außen aus
der peripheren Flankenfläche
zwischen den Winkelabschnitten hervorragen, wobei die Abstützvorsprünge derart
ausgeformt sind, dass sich bei jeder geometrischen Abbildung eines
Profils der Winkelabschnitte bei Rotation um einen Winkel von weniger
als 360°/n
um die Mittelachse, die Winkelabschnitte über das Profil hinaus erstrecken.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist die periphere Flankenfläche weiterhin
so ausgebildet, dass ein Profil eines durch den Schneideinsatz quer
zur Mittelachse und neben der oberen Fläche gehenden Querschnitts eine
nicht versenkte Form zeigt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der
vorliegenden Erfindung entsprechen die Winkelabschnitt im wesentlichen
Winkel- bzw. Eckbereichen eines regelmäßigen Polygons von n Seiten.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung wird hier nur beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1A eine
perspektivische Ansicht eines ersten bevorzugten Schneideinsatzes
ist, der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung konstruiert und betreibbar ist, der runde
Schneidkanten aufweist;
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1B eine
Seitenansicht des Schneideinsatzes von 1A ist;
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1C eine
Querschnittaufwärtsrsicht
längs der
Linie I-I von 1B ist;
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1D eine
Querschnittsansicht längs
der Linie II-II von 1C ist;
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1E eine
Aufsicht auf den Schneideinsatz von 1A ist;
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2A eine
schematische Repräsentation eines
geometrischen Erzeugungssegments gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung ist, welche die Definitionen gewisser Winkel zeigt, auf
die in der Beschreibung Bezug genommen werden soll;
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2B eine
schematische Repräsentation der
Geometrie eines Querschnitts durch einen gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung konstruierten und betreibbaren Schneideinsatz ist, wobei
die Geometrie durch Rotationskopieren des Erzeugungssegments von 2A erzeugt wird;
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3 eine
Teilexplosionsperspektivansicht eines Maschinenwerkzeugschneiders
ist, der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung konstruiert und betreibbar ist, einschließlich vier
der in Hohlräumen
eines Werkzeughalters montierten Schneideinsätze von 1A;
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4 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht eines der Hohlräume
des Werkzeughalters von 3 ist;
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5 eine
horizontale Querschnittsansicht ist, welche die Anstoßgeometrie
des Schneideinsatzes von 1A in dem
Hohlraum von 4 zeigt;
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6 eine
partielle vertikale Querschnittsansicht längs der Linie VI-VI von 5 ist, welche eine bevorzugte
Geometrie des Kontakts zwischen dem Schneideinsatz von 1A und einer der Abstützflächen des
Hohlraums von 4 zeigt;
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7A–7E Ansichten ähnlich zu
jenen von jeweils 1A–1E sind, welche einen
zweiten bevorzugten Schneideinsatz illustrieren, der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung konstruiert und betreibbar ist, und der
eine polygonale Schneidkante aufweist;
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8A eine
Perspektivansicht eines dritten bevorzugten Schneideinsatzes ist,
der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung konstruiert und betreibbar ist und der
innerhalb des Hohlraums von 4 in
einer verminderten Anzahl von Wendepositionen montierbar ist;
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8B eine
seitliche Ansicht des Schneideinsatzes von 8A ist;
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8C eine
seitliche Querschnittsansicht des Schneideinsatzes von 8A ist;
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8D eine
Aufsicht des Schneideinsatzes von 8A ist;
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8E eine
Untersicht des Schneideinsatzes von 8A mit
hinzugefügten
Konstruktionslinien ist, um die Geometrie der seitlichen Anstoßflächen des
Einsatzes zu betonen;
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8F eine
der 8E ähnliche
Ansicht ist, mit hinzugefügten
Konstruktionslinien, um die Geometrie der seitlichen Abstützvorsprünge des
Einsatzes mit den Hochrotationssymmetriemerkmalen der Einsätze von 1 und 7 zu
vergleichen;
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9A eine
perspektivische Ansicht eines vierten bevorzugten Schneideinsatzes
ist, der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung konstruiert und betreibbar ist und der
innerhalb des Hohlraums von 4 in
einer verminderten Anzahl von Wendepositionen montierbar ist;
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9B eine
seitliche Ansicht des Schneideinsatzes von 9A ist;
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9C eine
seitliche Querschnittsansicht des Schneideinsatzes von 9A ist;
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9D eine
Aufsicht des Schneideinsatzes von 9A ist;
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9E eine
Untersicht des Schneideinsatzes von 9A mit
hinzugefügten
Konstruktionslinien ist, um die Geometrie der seitlichen Anstoßflächen des
Einsatzes zu betonen;
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9F eine
der 9E ähnliche
Ansicht mit hinzugefügten
Konstruktionslinien ist, um die Geometrie der seitlichen Abstützvorsprünge des
Einsatzes mit den Hochrotationssymmetriemerkmalen der Einsätze der 1 und 7 zu
vergleichen;
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10 und 11 der 5 ähnliche
Ansichten sind, welche die Anstoßgeometrie und den Eintrittswinkel
für die
Einsätze
der 8A bzw. 9A zeigen, wenn diese korrekt im Hohlraum
der 4 montiert sind;
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12 und 13 den 10 bzw. 11 ähnliche
Ansichten sind, welche den Effekt von Versuchen, die Einsätze von 8A und 9A inkorrekt in den Hohlraum von 4 zu positionieren, zeigen;
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14 eine
Untersicht einer Abwandlung des Schneideinsatzes von 8A ist, der eine versenkte
Schneidgeometrie aufweist;
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15 eine
schematische horizontale Querschnittsansicht ist, welche die Anstoßgeometrie
eines Satzes von Schneideinsätzen
mit dreieckiger und hexagonaler Symmetrie zeigt; und
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16 eine
schematische horizontale Querschnittsansicht ist, welche die Anstoßgeometrie
eines Satzes von Schneideinsätzen
mit fünfeckiger und
zehneckiger Symmetrie zeigt.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung ist eine
modulare Schneidwerkzeug-Anordnung, welche runde und polygonale
Schneideinsätze
mit seitlichen Flankenflächen,
die so geformt sind, dass sie Anstoßflächen zum Widerstehen von hohen
Drehmomenten bereitstellen und entsprechende Einsatz-aufnehmende Hohlräume von
Werkzeughaltern verwendet. Die Geometrie der Anstoßflächen ermöglicht die
Verwendung von Sätzen
von Einsätzen
mit unterschiedlichen Anzahlen von Wendepositionen und unterschiedlichen
Eintrittswinkeln innerhalb einer gegebenen Hohlraumgeometrie.
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Die Prinzipien und der Betrieb von
Schneidwerkzeug-Anordnungen und ihre Komponenten-Schneideinsätze und
Werkzeughalter gemäß der vorliegenden
Erfindung können
besser unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die beigefügte Beschreibung
verstanden werden.
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Unter Bezugnahme nunmehr auf die
Zeichnungen zeigen die 1A bis 1E einen ersten Schneideinsatz, der allgemein
mit 10 bezeichnet wird und der gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung konstruiert und betreibbar ist.
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Allgemein gesagt, hat der Schneideinsatz eine
obere Oberfläche 12,
die durch eine Schneidkante 14, eine Basis 16 und
eine periphere Flankenfläche 18 begrenzt
ist. Die Form der peripheren Flankenfläche 18 variiert längs der
Höhe des
Schneideinsatzes 10. Nahe an der Oberseite der peripheren Flankenfläche 18 entspricht
sie der runden oder polygonalen Geometrie der Schneidkante, um so
Halt für
die Schneidkante 14 zu geben. Weiter unten am Schneideinsatz 10 ist
die periphere Flankenfläche 18 geformt,
um querlaufende Anstoßflächen bereitzustellen,
vorzugsweise mit versenkten Merkmalen, wie etwa Kanälen und
in einigen Fällen
wie Winkel (Chevron)-artige Kanäle.
Diese letztere Möglichkeit
führt zu einer
niedrigeren Querschnittsgeometrie, die sich einem n-zackigen Stern
annähert.
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Der Begriff "n-zackiger Stern", wie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet,
bezieht sich auf eine rotationssymmetrische Form mit n äußersten
Punkten, die alle mit ihren nächsten
Nachbarn durch einen einwärts
weisenden Sparren (Chevron) oder eine "V-Form" verbunden sind. Ein Beispiel eines
5-zackigen Sterns ist in 2B gezeigt. Man
beachte, dass die unteren peripheren Flankenflächen bestimmter bevorzugter
Schneideinsätze
der vorliegenden Erfindung als eine "annähernd" oder "im wesentlichen" n-zackige Sterngeometrie
aufweisend beschrieben werden, da die Punkte und/oder die Sparrenbasen
abgeflacht sein können,
wie unten detaillierter beschrieben werden wird.
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Man sollte wahrnehmen, dass die vorliegende
Erfindung auf einen weiten Bereich von Schneideinsätzen mit
rotationssymmetrischen Schneidkanten anwendbar ist. Der Ausdruck "rotationssymmetrisch" wird hier in der
Beschreibung und den Ansprüchen
verwendet, um sich auf Formen zu beziehen, die bei Rotation um einen
Winkel von 360°/n
invariant sind, wobei n zumindest drei ist. Der so definierte Ausdruck
beinhaltet reguläre
Polygone mit drei oder mehr Seiten, ob geradseitig oder aus komplexen
Kombinationen von geraden oder gekrümmten Liniensegmenten hergestellt.
Der Ausdruck beinhaltet auch Kreisformen. Ebenfalls beinhaltet sind
Variationen der oben erwähnten
Formen, bei denen ein Wiederholungsmuster der Grundform überlagert
ist. Beispiele solcher Muster beinhalten Sägezähne und Wellenschliff oder
wellenförmige Schneidkanten.
Man beachtet, dass die Symmetrie der Einsätze der vorliegenden Erfindung,
wenn nicht anders angegeben, sich auf die Symmetrie der Anstoßmerkmale
beziehen soll. Die Schneidkante kann gleichwertige oder höhere Grade
von Symmetrie als die Anstoßflächen aufweisen.
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Es sollte auch gewürdigt werden,
dass weder Rotationssymmetrie noch n-zackige Sternengeometrie Symmetrie
bei Spiegelung implizieren. In Fällen, in
denen eine spezifische Schneidanwendung Drehmoment primär in einer
Richtung erzeugt, können
die Strukturen der vorliegenden Erfindung asymmetrisch konstruiert
sein, mit Anstoßslächen zum
Widerstehen der primären
Drehmoment-Komponente. Jedoch wird die Erfindung beispielhaft im
Kontext symmetrischer Ausführungsformen
zum Widerstehen von Drehmomenten in beiden Drehsinnen um die Mittelachse
illustriert.
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In der Beschreibung und den Ansprüchen wird
Bezug auf eine Mittelachse eines Einsatzes genommen werden. Die
fragliche Achse ist die Achse, um welche die Schneidkante Rotationssymmetrie zeigt.
Auch wird Bezug auf die "Oberseite" und den "Boden" des Einsatzes genommen.
Wenn immer solche Bezugnahmen auftreten, wird angenommen, dass der
Einsatz mit seiner Basis abwärts
montiert ist, um so seine Schneidkante aufwärts zu präsentieren, wobei seine Achse
vertikal ist.
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Die Anstoßflächengeometrie gestattet die Verwendung
dieser niedersymmetrischen Einsätze innerhalb
von Hohlräumen,
die auch dafür
konstruiert sind, höhensymmetrische
Schneideinsätze
aufzunehmen, wie unten detaillierter beschrieben werden wird.
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In der Beschreibung und den Ansprüchen wird
Bezug genommen auf versenkte und nicht versenkte Formen. Es versteht
sich, dass der Ausdruck "Einsenkung" in der Beschreibung
und den Ansprüchen
verwendet wird, um sich auf einen Teil einer Form oder Fläche zu beziehen,
die konkav ist oder sonstwie eine Vertiefung erzeugt. Genauer ausgedrückt, kann
eine Einsenkung als jeglicher Teil einer Form oder Fläche identifiziert
werden, die innerhalb einer virtuellen geraden Linie liegt, welche
benachbarte Teile der Form oder Fläche verbindet. Im Gegensatz
dazu wird eine Form, die an keinem Punkt eine so definierte Einsenkung
hat, als eine "nicht
versenkte" Form
bezeichnet. Daher bildet der Winkel/Sparren eines n-zackigen Sterns eine "Einsenkung", wie hier definiert,
während
ein reguläres
Polygon als eine nicht versenkte Form klassifiziert wird.
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Unter nunmehriger Zuwendung auf die
Merkmale des Schneideinsatzes 10 im Detail hat obere Fläche oder
Neigung 12 in diesem Beispiel einen einwärts geneigten
peripheren ringförmigen
Bereich 20, der an seinem äußeren Umfang von Schneidkante 14 berandet
ist und einen flachen inneren ringförmigen Bereich 22,
der orthogonal zur Achse des Schneideinsatzes 10 ist.
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Obere Fläche 12 kann auch zusätzliche Splittersteuer-Merkmale,
wie etwa ein Muster von Einbuchtungen oder Wülsten haben. Eine solche Möglichkeit
ist in 1E gezeigt. Wiederum sollte bemerkt
werden, dass der Schneideinsatz als rotationssymmetrisch unabhängig von
der Tatsache angenommen wird, dass die Wendepunkte und verschiedene
andere Merkmale der oberen Fläche
nicht dieser Symmetrie entsprechen mögen.
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Wie am besten aus 1D zu
sehen, schneidet der innere ringförmige Bereich 22 an
seinen inneren Enden eine zylindrische Erweiterung 24 einer
zentralen sog. "teilzylindrischen" Standardbohrung 26,
die für
den Durchtritt einer Standardspitzgesenkklammerschraube (nicht gezeigt)
verwendet wird. Man sollte würdigen,
dass die spezifische Klammertechnik, die zum Klammern des Schneideinsatzes 10 in
einem Werkzeughalter verwendet wird, nicht per se Teil der Erfindung
bildet und dass Abwandlungen nach irgendeiner anderen Klammertechnik
gemacht werden können,
ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wir wenden uns nunmehr der seitlichen Flankenfläche 18 zu,
wobei es ein besonderes Merkmal bestimmter bevorzugter Schneideinsätze der vorliegenden
Erfindung ist, dass seitliche Flankenfläche 18 so geformt
ist, dass ein erster durch den Schneideinsatz orthogonal zur Mittelachse
und proximal zur oberen Fläche 12 gehender
Querschnitt durch eine nicht versenkte Form begrenzt ist, während ein
zweiter durch den Schneideinsatz orthogonal zur Mittelachse an einem
Punkt, der näher
an Basis 16 ist, gehender Querschnitt einfache Rotationssymmetrie
zeigt und versenkte Merkmale zum Bereitstellen von Anstoßflächen zum
Widerstehen von Drehmoment um die Mittelachse beinhaltet.
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Soweit kann die seitliche Flankenfläche 18 längs der
Höhe des
Schneideinsatzes 10 in zumindest zwei und typischerweise
drei Abschnitte unterteilt werden. Ein erster Abschnitt an der Schneidkante 14 wird
als Entlastungsflankenfläche 28 be zeichnet
und hat einen nicht versenkten Querschnittsumriss. Der untere Abschnitt
der seitlichen Flankenfläche 18 bildet
eine gerippte Flankenfläche 30.
Die gerippte Flankenfläche 30 ist
vorzugsweise mit der Entlastungsflankenfläche 28 mittels eines Übergangsflankenflächenabschnitts 32 verbunden,
der einen graduellen Übergang
zwischen den zwei Formen bereitstellt, wie weiter unten beschrieben
werden wird. Diese Abschnitte stellen Merkmale mit Anstoßflächen zum
Widerstehen von Drehmoment um die Mittelachse bereit.
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Entlastungsflankenfläche 28 entspricht
typischerweise der Geometrie der verwendeten Schneidkante. Daher
hat beim Schneideinsatz 10 die Entlastungsflankenfläche 28 eine
Kegelstumpfform, die einen kreisförmigen, der dargestellten kreisförmigen Schneidkante
entsprechenden Querschnitt aufweist. Damit kann Entlastungsflankenfläche 28 als eine
im wesentlichen konstante Querschnittsgeometrie orthogonal zur Mittelachse
auf allen Höhen
aufweisend beschrieben werden, obwohl die Abmessungen dieser Geometrie
sich mit der Höhe
etwas ändern
können.
Entlastungsflankenfläche 28 erstreckt
sich vorzugsweise von der Schneidkante 14 um zumindest
etwa 1/10 der Höhe
von Schneideinsatz 10 abwärts.
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Die Entlastungsflankenfläche 28 ist
typischerweise in einem spitzen Winkel ψ relativ zur Mittelachse des
Schneideinsatzes 10 geneigt. Winkel ψ wird üblicherweise als "primärer normaler
Entlastungswinkel" des
Einsatzes bezeichnet und ist vorzugsweise kleiner als etwa 20° und typischerweise etwa
7°. Für einen
negativen Einsatz kann ψ ungefähr 0° sein, so
dass die Entlastungsflankenfläche 28 zylindrisch
ist.
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Wir wenden uns nunmehr detaillierter
den Merkmalen der gerippten Flankenfläche 30 zu, die vorzugsweise
als pyramidenstumpfartige gerippte Oberfläche mit zwischen hervorragenden
Wällen 36 ausgebildeten
Kanälen 34 implementiert
ist. Die Kanäle 34 haben
vorzugsweise einen Querschnitt vom Winkeltyp.
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Die gerippte Flankenfläche erstreckt
sich von der Basis 16 zu einer Ebene, die orthogonal zur
Einsatzachse ist und in 1B als Ebene
1-1 gezeigt ist. Die ge rippte Flankenfläche 30 erstreckt sich
vorzugsweise über
zumindest 1/8 und typischerweise über zumindest etwa 1/4 der
Höhe des
Schneideinsatzes. Abhängig
vom Entwurf der Übergangsflankenfläche 32 kann
sich die gerippte Flankenfläche 30 längs des Großteils der
Höhe der
peripheren Flankenfläche 18 erstrecken.
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Die Gerippte Flankenfläche 30 kann
als "n" Wällen 36 aufweisend
aufgefasst werden, die alle einen Kamm aufweisen, der mit einem
Paar von ebenen, entgegengesetzt geneigten seitlichen Anstoßflächen 38 verschmilzt.
An der Verbindung angrenzender Wälle
schneiden sich angrenzende Anstoßflächen 38 an geglätteten Sockelregionen 40.
Die Zahl von Wällen
ist gleich der Zahl von verfügbaren Wendepositionen
des Einsatzes. Bei einer kreisförmigen
Schneidfläche
ist n vorzugsweise zumindest 5 und typischerweise 8 und mehr.
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Unter kurzer Zuwendung auf 2A und 2B illustrieren diese, wie der Querschnitt
der gerippten Flankenfläche 30,
der hier mit n = 5 gezeigt wird, als ein n-zackiger Stern (2B) betrachtet werden kann,
der durch n-1-faches Rotationskopieren eines winkelförmigen "Erzeugungssegments" (2A) mit symmetrischen Beinen auf jeder
Seite eines Halbierungsradius definiert ist. Das Erzeugungssegment liegt
einem zentralen Schrittwinkel β gleich 360°/n gegenüber.
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Wie weiter unten erörtert werden
wird, ist es ein Merkmal bestimmter bevorzugter Implementierungen
des Schneideinsatzes 10, dass zwei voneinander beabstandete
Anstoßflächen 38 koplanar
sind. In einem einfachen Beispiel mit n = 8 kann dies erreicht werden,
indem sichergestellt wird, dass die symmetrischen Beine des Erzeugungssegments Winkel
? relativ zu einem halbierenden Radius gleich (90° – β/2°) bilden.
Der entsprechende Winkel α ist gleich (90° – β°). Damit
ist bei diesem illustrierten Achteckenbeispiel α = 45°, β =
45° und γ =
67,5°. Wenn
größere Eckenzahlen
verwendet werden, können
die koplanaren Flächen
um zwei oder mehr Wällen
auseinander sein.
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Es ist ein weiteres Merkmal bestimmter
bevorzugter Implementierungen von Schneideinsatz 10, dass
die zwei beabstandeten Anstoßflächen 38 orthogonale
Schnitte mit einem durch Schneideinsatz orthogonal zu seiner Achse
gehenden Querschnitt aufweisen. Die Flächen selbst können von
der Orthogonalen aufgrund der Verjüngung der gerippten Flankenfläche 30 abweichen.
Jedoch werden wegen der Bequemlichkeit des Bezugs solche Oberflächen als "orthogonale Anstoßflächen" bezeichnet. Diese Anforderung
kann auch durch einfache geometrische Bedingungen definiert sein
und wird beispielsweise durch die Winkel des oben angeführten achteckigen Einsatzes
bereitgestellt. Weiterhin folgt die Existenz zumindest einiger zueinander
orthogonalen Anstoßflächen unmittelbar
in jedem Fall, in dem n ein Mehrfaches von 4 ist.
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In einem bevorzugten Fall ist die
gerippte Flankenfläche 30 Idealerweise
pyramidenstumpfförmig,
was neben anderen Dingen bedeutet, dass alle seitlichen Anstoßflächen 38 denselben
Winkel η relativ zur Achse des Schneideinsatzes 10 bilden,
wie in 1Β dargestellt. Als
direkte Konsequenz bildet eine imaginäre gerade Schnittlinie zwischen
Paaren von Seitenflächen 38,
die mit jedem Wall 36 assoziiert sind und durch ausgerichtete
Ecken solcher idealer sternförmiger
polygonaler Konturschnitte, wie oben definiert, hindurchgehen, einen
entsprechenden Winkel φ mit
einer Normalen zur Basis, der eine Funktion sowohl von ? als auch η ist,
gegeben als: φ =
arc tan[sin(α)tan(η)]. Der Winkel φ ist größer als
der Entlastungswinkel ψ,
der sich auf den obersten Entlastungsflankenflächenabschnitt 28 bezieht.
Gegeben, dass der Druckwinkel α kleiner als 90° ist, folgt, dass φ > ?. Natürlich sind
alle ideal sternförmigen
polygonalen Konturschnitte zueinander ähnlich, d. h. können durch
einen reinen Maßstabswechsel
auseinander erhalten werden.
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1C zeigt
gerippte Flankenfläche 30 im Schnitt
auf Ebene 1-1 von 1B, d. h. an der
Verbindung zwischen gerippter Flankenfläche 30 und Übergangsflankenfläche 32.
Es ist ersichtlich, dass die sternförmige polygonale Kontur der
gerippten Flankenfläche 30 gegenüber der
Idealform dahingehend modifiziert ist, dass die Wällen 36 und
Sockelregionen 40 abgeschnitten und/oder abgerundet worden
sind. In der Praxis sind alle sternförmigen polygonalen Konturen
auf allen horizontalen Ebenen des untersten Körperabschnitts typischerweise
identisch modifiziert, d. h. sie haben Wälle 36 und Sockelregionen 40,
die mit derselben Weite von filletierten Auskehlungen abgeschnitten
sind, um Wälle
und Sockelregionen konstanter Breiten zu erzeugen, wie in 1B gesehen. Da Wälle 36 und Sockelregionen 40 einheitliche
Breiten längs
ihrer entsprechenden Längenausdehnungen
aufweisen, bilden sie den selben Winkel φ mit einer Normalen zur Basis
wie die imaginäre
Schnittlinie zwischen seitlichen Anstoßflächen 38.
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Wenn die Sockelbereiche 40 mit
dem Eintritt in die Übergangsflankenfläche 32 in
die verjüngten Flächen 43 umgewandelt
werden, geht der Teil der sternförmigen
polygonalen Konturen, die am nächsten
am Sockelbereich 40 sind, graduell verloren. Die Geometrie
der Anstoßflächen 38 nahe
den Wällen 36 bleibt
andererseits bis zur Verbindung zwischen Übergangsflankenflächenabschnitt 32 und
Entlastungsflankenfläche 28 erhalten,
wo die Wälle 36 selbst
mit den Entlastungsflankenflächen 28 verschmelzen.
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Der Übergangsflankenflächenabschnitt 32 selbst
ergibt sich aus der Überlagerung
oder Vereinigung einer Verlängerung
des gerippten Abschnitts der gerippten Flankenfläche 30 mit einer verjüngten Fläche 42,
wie am besten aus 1D zu sehen ist. Im
Ergebnis stellt der Übergangsflankenflächenabschnitt 32 einen
graduellen Übergang
bereit, über den
die Tiefe der Kanäle 34 in
den peripheren Flankenflächen 18 graduell
zur Entlastungsflankenfläche 28 vermindert
wird. Vorzugsweise erstreckt sich Übergangsflankenflächenabschnitt 32 über zumindest
ein Drittel der Höhe
des Schneideinsatzes.
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Aus Gründen der Pulvermetallurgietechnologie,
wie auch aus strukturellen Gründen,
sind die oberen Entlastungsflankenoberfläche 28 und Schneidkante 14 vorzugsweise
von verjüngten
Flächen 42 abgestützt. Die
genaue Form der verjüngten Fläche 42 kann
ganz beachtlich schwanken, Bevorzugte Beispiele beinhalten Kegelstumpf-
(d. h. gerundete) oder Pyramidenstumpf- (d. h. flachflächige) Segmente.
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Unter Hinwendung auf 3-6 wird
ein Maschinenwerkzeugschneider oder Werkzeughalter, allgemein mit
50 bezeichnet, gezeigt, der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung konstruiert und betreibbar ist und der
eine Anzahl von Schneideinsätzen 10 verwendet,
die in Einsatz-aufnehmenden Hohlräumen 52 montiert sind.
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Jeder Hohlraum 52 ist mit
einer Basisabstützfläche (Grundlage) 54 zum
Abstützen
der Basis ausgebildet und mit zumindest zwei und vorzugsweise drei
seitlichen Abstützflächen, die
zum Anstoßen an
winkelbeabstandete Anstoßflächen 38 angeordnet
sind, die vom Schneideinsatz 10n bereitgestellt sind. Im
hier illustrierten Beispiel beinhalten diese eine erste Abstützfläche 60,
eine zweite Abstützfläche 58 und
eine dritte Anstoßfläche 56.
Die Kombination dieser seitlichen Abstützflächen stellt ein seitliches
Stütz/Rückhaltesystem
bereit, welches strukturell zum Widerstehen von beachtlichem Drehmoment in
der Lage ist.
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Der Aufnahmehohlraum kann ein integraler Teil
des Werkzeughalters oder ein Adapterteil sein, der in jeglicher
geeigneten Weise mit dem Werkzeughalter verbunden ist. Im letzteren
Fall kann ein einzelner Werkzeughalter hergestellt sein, um mittels
einer geeigneten Auswahl von Adaptern eine entsprechende Auswahl
von wendbaren Einsätzen
aufzunehmen. Wie unten erläutert
werden wird, ist jeder Hohlraum selbst in der Lage, einen gesamten
Satz von Einsätzen
aufzunehmen.
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Zusätzliche Merkmale des Hohlraums 52 sind
in den schematischen Schnittansichten der 5 und 6 gezeigt.
Der Hohlraum 52 weist zwei allgemein orthogonale Seitenwände 62 und 64 auf,
wobei seitliche Abstützflächen 56 und 58 integral
mit Wand 62 ausgebildet sind und Stützfläche 60 integral mit
Wand 64 ausgebildet ist. Die Abstützflächen 56, 58 und 60 erstrecken
sich vorzugsweise nicht über die
gesamte Strecke bis zur Basis 54 des den Einsatz aufnehmenden
Hohlraums 52. An ihrer Unterkante treffen sich die Abstützflächen in
versenkten Bodenabschnitten, die vom Einsatz weg geneigt sind. Beispielhaft
zeigt 6, die ein Teilquerschnitt
von 5 in Ebene VI-VI
ist, die Abstützfläche 58 der Seitenwand 62 und
einen zugehörigen
versenkten Bodenabschnitt 68 derselben Wand.
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Es versteht sich, dass die innerste
Stützfläche, d.
h. die Abstützfläche 58,
der Seitenwand 62 weggelassen werden kann, da die verbleibenden
Abstützflächen 56 und 60 vollständig ein
effektives seitliches Stütz-Rückhaltesystem
definieren. Jedoch wird in den meisten Fällen eine Dreipunkt- oder genauer
gesagt Dreiflächen-Stützgeometrie
bevorzugt.
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Wie auch in 6 beispielhaft gezeigt, liegen die Abstützflächen auf
Ebenen, die in einer solchen Weise geneigt sind, dass sie zur Neigung
der Einsatzlateralanschiagflächen 38 passen,
d. h. sie bilden einen Winkel mit einer Normalen zur Basis der Plattform
des aufnehmenden Hohlraums, der im wesentlichen gleich dem Winkel η ist,
der von den Einsatzseitenflächen 38 gebildet
wird. Es sollte angemerkt werden, dass die Winkel in 6 aus Gründen der Darstellungsklarheit übertrieben
worden sind. Ein frischer Aufnahmehohlraum wird mit Toleranzen für die Anstoßflächenneigungswinkel
so hergestellt, dass bei anfänglichem
Einsatzen eines Einsatzes in seinen zugehörigen Aufnahmehohlraum der
Kontakt in einem oberen Bereich der Abstützfläche beginnt. Bei plastischer
Verformung dieser Fläche
während des
größten Teils
des anfänglichen
Klammerns verteilt sich der Kontakt aus dem oberen Bereich und umfasst
graduell die gesamte Fläche
der Stützfläche. Auf
diese Weise wird eine dem "Fußabdruck" der Anstoßfläche entsprechende
Anstoßfläche 38a ausgebildet,
in der Form eines Bands der Tiefe "b" entsprechend
der Tiefe der Anstoßfläche, auf
einer gegenüberliegenden
zugehörigen
Seitenfläche 38 hin
zur Oberkante der gerippten Flankenfläche 30 und sich über etwa
b/2 bis in den Übergangsflächenbereich 32 erstreckend.
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Unter Hinwendung auf eine Anzahl
zusätzlicher
Merkmale des Werkzeughalters 50 zeigt 4 Hohlraum 52, in dem Basis 54 im
wesentlichen planar mit einer zentralen Gewindebohrung 72 ist.
Gewindebohrung 72 ist ein ganz klein wenig gegenüber der
Durchgangsbohrung 26 des Einsatzes versetzt, wenn letzterer
fest mit seinen Klemmschrauben geklemmt im Aufnahmehohlraum sitzt.
Dies dient dazu, sicherzustellen, dass die Anstoßflächen des Einsatzes gegen die
entsprechenden Abstützflächen des Aufnahmehohlraums
gedrückt
werden.
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Seitenwand 62 beinhaltet
die zuvor erwähnten
Abstützflächen 56 und 58,
versenkte Bodenabschnitte 66 und 68 und eine Entlastungsvertiefung 74.
Seitenwand 64 beinhaltet Abstützfläche 60, einen versenkten
Bodenabschnitt 70 und eine Entlastungsvertiefung 76.
Typischerweise sind die Abstützflächen 56, 58 und 60 im
wesentlichen flach und können verwendet
werden, um Kontaktebenen zu definieren. Es sollte jedoch angemerkt
werden, dass andere Formen von Anstoßoberflächen, wie etwa beispielsweise
eine konvexe Oberfläche,
auch verwendet werden kann. Alle Abstützflächen sind typischerweise grob äquidistant
von der Mittelachse des Hohlraums.
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Entsprechend der Geometrie der oben
beschriebenen Anstoßflächen 38 ist
Abstützfläche 60 typischerweise
orthogonal zu Flächen 56 und 58,
die ihrerseits typischerweise koplanar sind. Auch hier ist die Definition
von "orthogonal" in diesem Kontext
die, dass die Flächen
bei einer Ansicht im Querschnitt orthogonal zur Achse des Hohlraums
(die wiederum der Achse des Einsatzes entspricht, wenn er im Hohlraum
montiert ist) 90° zueinander
stehen. Wenn Abstützflächen 58 und 60 dafür ausgelegt
sind, die Anstoßoberflächen 38 zu
unterstützen,
die durch Rotation um 90° zueinander
in Beziehung stehen, steht Fläche 58 auch
durch Rotation um 90° zu
Fläche 60 in
Beziehung.
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Die seitlichen Entlastungsvertiefungen 74 und 76 müssen dafür konfiguriert
sein, die Wälle 36' und 36'' des Einsatzes (siehe 5) aufzunehmen, die nicht
aktuell zum Positionieren des Einsatzes verwendet werden. Diese
Bedingung kann anhand der geometrischen Eigenschaften des Hohlraums 52 selbst
ausgedrückt
werden. Spezifisch wird die Öffnung
der Vertiefung 76 so ausgebildet, dass eine geometrische
Abbildung der seitlichen Abstützfläche 60 durch
Rotation um 45° an
der Achse des Hohlraums zur Abstützfläche 58 hin
innerhalb der Vertiefung 76 liegt. Ähnlich ist die Öffnung der
Vertiefung 74 so ausgebildet, dass eine geometrische Abbildung
der seitlichen Abstützfläche 58 durch
Rotation um 45° um
die Achse des Hohlraums zur Abstützfläche 56 hin
innerhalb der Vertiefung 74 liegt. In diesem Kontext sollte es
verstanden sein, dass die "Abstützfläche", auf die Bezug genommen
wird, Teil der Fläche
ist, die so ausgebildet ist, dass sie die entsprechenden seitlichen
Anstoßflächen 38 des
Einsatzes abstützt.
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Unter Bezugnahme auf 1A ist Schneideinsatz 10 mit
acht wendbaren Stationen illustriert worden, wie auf dem ringförmigen Abschnitt 22 der
oberen Fläche
12 durch
die entsprechenden römischen
Ziffern identifiziert und wie durch Verwendung von acht rotationssymmetrischen
Wällen
manifestiert. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung eine beachtlich
größere Zahl
von Wendestellungen gestattet.
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Unter nunmehriger Hinwendung auf
die 7A–7E wird
eine zweite Form von Schneideinsatz, allgemein als 80 bezeichnet,
gezeigt, der gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung konstruiert und betreibbar ist. Allgemein
gesagt, ist Schneideinsatz 80 ähnlich dem Schneideinsatz 10, außer dass
Schneideinsatz 80 eine polygonale Schneidkante 82 mit
acht wendbaren Schneidkanten 84 aufweist. Die Schneidkanten
sind mit einer achtwalligen Flankenfläche 86 koordiniert, ähnlich der oben
beschriebenen gerippten Flankenfläche 30.
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Wie aus 7A ersichtlich, hat die Entlastungsflankenfläche 88 in
diesem Fall eine klar polygonale Form, die zur Schneidkante 82 passt
und ist die sich verjüngende
Fläche 90 des Übergangsflächenbereichs
vorzugsweise pyramidenstumpfartig. Optional können abhängig von der bevorzugten Geometrie
der Hohlraumhalteflächen
die Wälle
der Flankenfläche
relativ zur Schneidkantengeometrie gedreht sein. Im illustrierten
Beispiel ist eine Rotation um 15° eingeführt worden,
wie am klarsten aus 7D ersichtlich
ist.
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Unter nunmehriger Hinwendung auf
weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ist gefunden worden,
dass die soweit beschriebene Anstoßgeometrie vorteilhaft als
Basis für
eine modulate Schneidwerkzeug-Anordnung verwendet werden kann. Es
wird bereits ersichtlich sein, dass der Schneideinsatz 80 austauschbar
mit Schneideinsatz 10 innerhalb des Hohlraums 52 verwendet
werden kann, so dass sie als zwei Elemente eines modularen Satzes
von austauschbaren Schneideinsätzen
dienen. Zusätzlich
zu diesen stellt eine bevorzugte Implementierung der vorliegenden
Erfindung auch eine Schneidwerkzeug-Anordnung mit wechselbaren Einsätzen bereit,
die eine unterschiedliche Anzahl von Wendepositionen und unterschiedliche
Eintrittswinkel für
unterschiedliche Arbeitseinsätze
aufweisen. Diese und andere Merkmale werden nunmehr unter Bezugnahme
auf 8 bis 13 durch Beschreibung von zwei zusätzlichen
Einsätzen 100 und 102, die auch
innerhalb desselben Hohlraums 52 (siehe 3) verwendet werden können, illustriert.
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Bevor die verbleibenden Zeichnungen
direkt besprochen werden, wird es hilfreich sein, gewisse im Rest
der Beschreibung wie auch in den Ansprüchen zu verwendende Terminologie
klarzustellen. Bis zu diesem Punkt ist Bezug auf individuelle Schneideinsätze mit
einer gegebenen Abfolge von Rotationssymmetrie genommen worden,
die einer gegebenen Anzahl von Wendepositionen entspricht. Aus Gründen der
einfachen Erläuterung
ist dies als "n-fache
Symmetrie" bezeichnet
worden. An diesem Punkt jedoch wird es notwendig sein, zwischen
austauschbaren Schneideinsätzen
zu unterscheiden, die unterschiedliche Grade von Rotationssymmetrie
haben, entsprechend unterschiedlichen Anzahlen von Wendepositionen.
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Die Sätze oder "Familien" von austauschbaren, zu beschreibenden
Wendeeinsätzen
müssen alle
eine Anzahl von Wendepositionen aufweisen, die ein Mehrfaches eines
geringstsymmetrischen Einsatzes ist. Somit könnte ein Satz 3-, 6-, 9- und
sogar 11-fache Symmetrie beinhalten, während ein anderer 5- und 10-fache Symmetrie beinhalten
könnte.
Für die
Allgemeinheit der Bezugnahme werden zwei Schneideinsätze von
einem Satz als n-fache bzw. m × n-fache
Symmetrie aufweisend beschrieben werden, wobei n eine Ganzzahl größer als
oder gleich 3 und m eine Ganzzahl größer als oder gleich 2 ist.
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Beispielsweise haben die hier beschriebenen
Schneideinsätze 100 und 102 beide
eine 4-fache Rotationssymmetrie, während die Schneideinsätze 10 und 80 beide
eine 8-fache Rotationssymmetrie haben. Somit entsprechen die zwei
beispielhaft gegebenen Grade von Symmetrie den Bedingungen n = 4
und m = 2.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 8A–8F wird
ein erster Schneideinsatz, allgemein als 100 bezeichnet, mit n-fachen
(in diesem Fall 4-fachen) Rotationssymmetrie gezeigt. Es ist ein
besonderes Merkmal bevorzugter Implementierungen von Schneideinsatz 100,
dass er ausschließlich
in n Wendestellungen innerhalb eines den Einsatz aufnehmenden Hohlraums
wendbar ist, der dafür
konfigu riert ist, abwechselnd Schneideinsätze mit sowohl n-fachen Rotationssymmetrie
als auch m × n-facher Rotationssymmetrie,
in diesem Fall 4- und 8-fache Rotationssymmetrie, aufzunehmen.
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Allgemein gesagt, weist Schneideinsatz 100 eine
einheitliche Struktur auf, die eine von einer Schneidkante 106 begrenzte
obere Fläche 104,
eine Basis 108 und eine periphere Flankenfläche 110 bereitstellt.
Die periphere Flankenfläche
ist so ausgeformt, dass ein Umriss eines durch den unteren Teil des
Schneideinsatzes orthogonal zu seiner Mittelachse 117 gehenden
Querschnitts eine versenkte Form zeigt, die n Winkelabschnitte 112 beinhaltet,
die in Winkelabständen
um die Mittelachse angeordnet sind, um so m-fache rotationssymmetrische
seitliche Anstoßmerkmale
bzw. -ansätze
bereitzustellen, und Unterstützungsvorsprünge 114,
die auswärts
aus der peripheren Flankenfläche
zwischen den Winkelabschnitten herausragen. Die Unterstützungsvorsprünge 114 sind
vorzugsweise so geformt, dass bei jeglicher geometrischer Abbildung
eines Umrisses der Winkelabschnitte 112 mittels Rotation
um einen Winkel von weniger als 360°/n um die Zentralachse, die Unterstützungsvorsprünge sich über den
Umriss hinaus erstrecken.
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Diese geometrischen Beziehungen werden unter
Bezugnahme insbesondere auf 8E und 8F besser verstanden werden.
Diese beiden Figuren zeigen ähnliche
Untersichten des Schneideinsatzes 100, haben jedoch unterschiedliche
Konstruktionslinien für
die Bequemlichkeit der Darstellung hinzugefügt. Nebenbei sollte bemerkt
werden, dass bei den hier gezeigten Beispielen die notwendige Geometrie im
unteren Abschnitt des Einsatzes erscheint und sich bis zur Basis 108 fortsetzt.
Im Ergebnis kann die Untersicht verwendet werden, um die Merkmale
der notwendigen Geometrie zu illustrieren. Im allgemeinen müssen sich
diese Merkmale nicht notwendigerweise bis zur Basis erstrecken.
Es werden jedoch äquivalente
Merkmale in einer, an einem Punkt des unteren Teils des Einsatzes
genommenen Querschnittsansicht vorhanden sein. Die Worte "unterer Teil" sollen in diesem
Kontext so verstanden werden, dass sie sich auf die unteren 70%,
und typischerweise die untere Hälfte,
des Einsatzes beziehen.
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8E zeigt
die Basis 108 unter Hinzufügung von vier geraden Konstruktionslinien 118,
die sich zwischen den Winkelabschnitten 112 treffen. Hier
kann gesehen werden, dass Winkelabschnitte 112, äquivalent
mit den oberen beschriebenen Flankenwellen 36, im wesentlichen
den Winkelbereichen eines regulären
Poiygons von n Seiten, in diesem Fall einem Quadrat, entsprechen.
Diese Winkelabschnitte stellen Anstoßflächen in einer den Anstoßflächen der
oben beschriebenen Einsätze 10 und 80 äquivalenten
Konfiguration bereit, jedoch nur mit 4-facher Symmetrie. Hier kann die Geometrie
der Anstoßflächen wieder
relativ zur Schneidkantengeometrie gedreht werden, beispielsweise
15° gegen
den Uhrzeigersinn, wie hier illustriert, um den gewünschten
Eintrittswinkel (in diesem Fall K = 90° wie in 9 ersichtlich)
der Schneidkante für
eine gegebene Hohlraumstruktur zu erzielen. 10 zeigt die Ausrichtung dieser Anstoßflächen an
den Abstützflächen von
Hohlraum 52, wenn der Einsatz korrekt eingesetzt ist.
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8F zeigt
Basis 108 mit Überlagerung von
Hochsymmetrielinien 119 entsprechend der höher-symmetrischen
8-Wall-Struktur des unteren Teils der Schneideinsätze 10 und 80.
Winkelabschnitte 112 entsprechen im wesentlichen den Wallformen, was
anzeigt, dass sie so konfiguriert sind, dass sie äquivalente
Anstoßflächen bereitstellen.
Haltevorsprünge 114 sind
andererseits so konfiguriert, dass sie wesentlich von der Wallform
abweichen, wodurch inkorrektes Wenden des Einsatzes nach Zwischenpositionen
vermieden wird. In einer grundlegenden Implementierung können die
Vorsprünge 114 einfach komplett
weggelassen werden, um eine quadratische Basis bereitzustellen.
Inkorrektes Wenden wird dann schnell durch eine "lose" Passung
und das komplette Fehlen von Präzisionsausrichtung
identifiziert. Vorzugsweise sind jedoch die Haltevorsprünge 114 konfiguriert,
um zusätzlichen
Halt so nahe als möglich
an der Schneidkante bereitzustellen. Weiterhin sind in bevorzugten
Implementierungen die Vorsprünge 114 konfiguriert,
um mechanisch ein inkorrektes Wenden des Einsatzes innerhalb des
Hohlraums zu blockieren.
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Die Kriterien für die zuvor erwähnte mechanische
Blockierung sind, dass Vorsprünge 114 nicht innerhalb
der Abstützflächen von
Hohlraum 52 "passen". In einer präziseren
Formulierung sind die Haltevorsprünge 114 vorzugsweise
so geformt, dass, wenn ein Umriss von Winkelabschnitten 112,
die den gezeigten Wällen
entsprechen, um einen Winkel gedreht ist, der kleiner ist als der
Schritt zwischen Wendepositionen, 90° im Falle von Viertachsymmetrie, sich
irgendein Teil der Haltevorsprünge 114 über den Umriss
erstrecken. Diese geometrische Eigenschaft stellt sicher, dass,
falls der Einsatz in einem inkorrekten Winkel im Hohlraum platziert
ist, er nicht richtig sitzen wird, wodurch der Fehler von selbst
evident wird. In diesem Sinne kann die Einsatzkonstruktion als "narrensicher" angesehen werden. 12 zeigt den Effekt eines
Versuches, den Schneideinsatz 100 inkorrekt innerhalb des
Hohlraums 52 zu montieren.
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Typischerweise, wenn auch nicht notwendigerweise,
zeigt die Geometrie der Schneidkante 106, die durch den
Umriss eines durch Schneideinsatz 100 orthogonal zu seiner
Mittelachse und neben der oberen Oberfläche 104 gehenden Querschnitts
definiert wird, eine nicht versenkte Form. In diesem Beispiel ist
die Schneidgeometrie im wesentlichen quadratisch. Die Form der hier
gezeigten Schneidkante selbst ist konventionell, wobei jede Wendestellung eine
primäre
Schneidkante an einem Eintrittswinkel K von im wesentlichen 90° und eine
zweite Abstreifkante 106' (siehe 10) präsentiert. Der "Eintrittswinkel", wie hier in der
Beschreibung und den Ansprüchen
verwendet, ist als der zwischen der primären Schneidkante des Einsatzes
bei Montage innerhalb eines Werkzeugs und der Vorschubrichtung 116 des Werkzeugs
gebildete Winkel K definiert.
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Unter nunmehriger Hinwendung zu 9A–9F zeigen
diese einen zweiten Schneideinsatz, der allgemein mit 102 bezeichnet
wird und n-fache (in diesem Fall 4-fache) Rotationssymmetrie aufweist.
Der Einsatz 102 ist konzeptionell und strukturell ähnlich zum
Einsatz 100, wobei äquivalente Merkmale ähnlich bezeichnet
werden. Der Einsatz 102 unterscheidet sich vom Einsatz 100 darin,
dass er modifiziert ist, um im wesentlichen einen 45°-Eintrittswinkel
bereitzustellen. Somit ist, wie in 9E zu
sehen, die Orientierung der Winkelabschnitte 112 um 30° im Uhrzeigersinn
relativ zur Geometrie der primären
Schneidkanten gedreht. Dies bewirkt den notwendigen Eintrittswinkel
von im wesentlichen 45° bei
Montage im Hohlraum 52, wie in 11 gezeigt. Der Effekt eines Versuchs,
den Schneideinsatz 102 inkorrekt innerhalb des Hohlraums 52 zu
montieren, wird in 13 gezeigt.
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Auch hier ist die Schneidgeometrie
von Einsatz 102 für
sich eine konventionelle Konfiguration für einen 45° quadratischen Einsatz.
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In diesem Stadium ist es klar, dass
die Merkmale der Schneideinsätze 100 und 102 zusätzliche geometrische
Anforderungen an Hohlraum 52 diktieren. Insbesondere müssen auch
seitliche Entlastungsvertiefungen 74 und 76 ausgebildet
sein, um Unterstützungsvorsprünge 114 aller
Elemente des Satzes von Einsätzen,
mit denen der Hohlraum 52 verwendet werden soll, aufzunehmen.
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Es sollte klar sein, dass die Schneidwerkzeug-Anordnungen
der vorliegenden Erfindung nicht auf Schneideinsätze mit nicht versenkter Schneidgeometrie
beschränkt
sind. Beispielhaft illustriert 14 einen
Schneideinsatz 120 ähnlich
dem oben beschriebenen Schneideinsatz 100, jedoch mit einer versenkten
Schneidkante 122.
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Wie früher erwähnt, ist es wichtig zu würdigen,
dass die Prinzipien der modularen Schneideinsatz-Anordnung und entsprechender
Hohlräume
und Schneideinsätze
der vorliegenden Erfindung nicht auf den illustrierten Vierfach-
und Achtfachsymmetriesatz beschränkt
sind. Durch schematische Illustrierung zeigen die 15 und 16 eine
mögliche
Anstoßgeometrie
für Sätze von
Einsätzen
mit Drei- und Sechsfachsymmetrie bzw. Fünf- und Zehnfachsymmetrie.
In jedem Fall kann die Schneidgeometrie jegliche gewünschte Schneidgeometrie
von geeigneter Symmetrie sein. Die Basisflanke des unteren Symmetrieeinsatzes
kann in jedem Fall entweder eine reguläre Konfiguration, wie gezeigt,
oder eine "narrensichere" Konfiguration mit
seitlichen Haltevorsprüngen
(nicht gezeigt) sein, die funktionell äquivalent zu oben beschriebenen
Vorsprüngen 114 sind.
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Man beachte, dass jeder Satz von
Einsätzen mehr
als zwei verschiedene Symmetrieniveaus beinhalten kann. Beispielsweise
kann der oben beschriebene Hohl raum 52 mit minimaler Anpassung
auch für einen
Einsatz mit Elffachsymmetrie verwendet werden.
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Während
die Erfindung illustrativ unter Bezugnahme auf bestimmte spezifische
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, versteht sich, dass die diskutierte Ausführungsform
und ihre Abwandlungen nur beispielhaft sind und dass die Erfindung
mit vielen anderen mechanischen Modifikationen und Anpassungen ausgeführt werden,
ohne von dem Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.