DE69726455T2

DE69726455T2 - Schneideinsatz und halter für metallbearbeitung

Info

Publication number: DE69726455T2
Application number: DE69726455T
Authority: DE
Inventors: Sture SJÖÖ; Bernt Larsson; Hakan Ericksson; Per Hansson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: SE510851C2; US6168356B1; WO1998030349A1; JP2001507287A; EP0958079B1; EP0958079A1; IL129814A; BR9713940A; IL129814A0; KR20000069702A; DE69726455D1; KR100437433B1; SE9604855D0; US6343898B1; SE9604855L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl einen Schneideinsatz als auch einen Halter für die Metallschneidbearbeitung. Genauer gesagt, befaßt sich die Erfindung mit einem Werkzeug, welches das Klemmen von weiterschaltbaren Einsätzen mit unterschiedlichen geometrischen Formen in ein und dieselbe Einsatztasche erlaubt.
Die Verwendung von lösbaren, weiterschaltbaren Einsätzen ist eine heutzutage akzeptierte Praxis innerhalb des mehr oder weniger gesamten Felds der Metallschneidbearbeitung, d. h. sowohl beim Drehen, Fräsen, Bohren, etc. Sie werden üblicherweise aus beschichtetem oder nicht beschichtetem Hartmetall hergestellt, es tauchen aber auch bestimmte Keramikmaterialien auf. Diese unterschiedlichen weiterschaltbaren Einsätze können sehr verschiedene geometrische Grundformen haben, was von der Schneidwirtschaftlichkeit und der Anwendung abhängt. Sie können zum Beispiel dreieckig, rhombisch, quadratisch, rechteckig, rund, sechseckig (inklusive sogenannter Trigon-Einsätze) und achteckig sein.
All den unterschiedlichen denkbaren Einsatzformen ist gemein, daß sie eine auf jede spezielle Form angepaßte Einsatztasche in dem Halter benötigen. Folglich erfordert ein quadratischer Schneideinsatz normalerweise eine Einsatztasche mit zwei Stütz- oder Widerlagerflächen, welche im rechten Winkel zueinander stehen, ein dreieckiger Schneideinsatz erfordert im allgemeinen zwei Widerlagerflächen, welche in einem Winkel von 60° zueinander stehen, etc. Das bedeutet, daß eine Veränderung der Einsatzform auch nach einem Wechsel des Halters verlangt. Dies ist sowohl zeitraubend als auch teuer. Weiterhin ist die Wahlfreiheit des Gestalters bei der Gestaltung eines neuen Schneideinsatzes eingeschränkt, da die äußere Kontur des Schneideinsatzes zumindest teilweise als eine Arbeitsschneidkante und Sicherheitsfläche wirken muß, aber auch als eine Widerlagerfläche, wenn die fragliche Oberfläche gegen die aktuelle Einsatztasche weitergeschaltet wird. Dadurch werden unmögliche Schneidgeometrien erzeugt, welche für sich genommen in der Arbeitsschneidstellung wünschenswert wären. Sollte der Gestalter es trotzdem wünschen, eine solche Schneidgeometrie zu verwenden, wird er dazu gezwungen sein, auf eine Einsatzgestaltung ohne Arbeitsschneidgeometrie an der Seite des Schneideinsatzes zurückzugreifen, die zu der Einsatztasche hin gewandt ist.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es folglich, Schneideinsätze zu erzeugen, welche in ein und dieselbe Einsatztasche eingeklemmt werden können, obwohl sie unterschiedliche Konturlinien haben.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Schneideinsatz zu produzieren, welcher nicht mit seinen Seitenflächen gegen irgendwelche Widerlagerflächen stoßen muß.
Wiederum ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einsatztasche mit breiteren Herstellungstoleranzen zu produzieren.
Diese und andere Ziele sind erfolgreich erreicht worden, indem ein Werkzeug mit den im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aufgezeigten Merkmalen entwickelt worden ist.
Schneideinsätze mit einer Ausnehmung in der Bodenfläche des Schneideinsatzes sind an sich bereits aus der US-A-4 674 924 bekannt. In diesem Fall hat die Ausnehmung jedoch einen völlig anderen Zweck, und zwar wirkt er in seiner Gesamtheit (also auch seine drei Seitenflächen) als reine kontaktlose Oberflächen, wodurch der Schneideinsatz an seinen drei Eckbereichen anstoßen soll, welche darüber hinaus am meisten bevorzugt nach oben und nach innen abgewinkelt sein sollen.
Um die Erfindung zu erläutern, aber nicht zu beschränken, wird sie nun genauer unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Diese werden kurz vorgestellt, wobei
1 eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeugs perspektivisch von schräg oben zeigt,
2 einen erfindungsgemäßen, auf dem Kopf stehenden Schneideinsatz perspektivisch von schräg oben zeigt,
3 den 2 entsprechenden Schneideinsatz gerade von unten zeigt,
4 einen anderen Schneideinsatz von schräg unten zeigt,
5 den gleichen Schneideinsatz wie 4 von schräg oben zeigt,
6 einen wiederum anderen erfindungsgemäßen Schneideinsatz von schräg unten zeigt,
7 den gleichen Schneideinsatz wie 6 gerade von unten zeigt,
8 einen erfindungsgemäßen befestigten Schneideinsatz gerade von oben zeigt,
9 den Vertikalschnitt IX-IX in 8 zeigt,
10 eine Explosionsansicht eines Werkzeugs gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung perspektivisch von schräg oben zeigt,
11 einen der anderen Ausführungsform der Erfindung entsprechenden Schneideinsatz von schräg unten zeigt,
12 eine Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung perspektivisch von schräg oben zeigt,
13 einen der dritten Ausführungsform der Erfindung entsprechenden Schneideinsatz von schräg unten zeigt,
die 14 und 15 einen Schneideinsatz zeigen, der in einem Halter befestigt ist, der einer Ausführungsform gemäß den 12 und 13 entspricht,
16 ein Abstandsstück gemäß der dritten Ausführungsform von schräg oben zeigt,
17 einen der dritten Ausführungsform entsprechenden Schneideinsatz von schräg unten zeigt, und
18 einen Schneideinsatz von schräg unten zeigt, der einer zusätzlichen erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht.
In 1 wird ein Schafthalter 1 für Drehanwendungen gezeigt. Die Erfindung ist aber nicht auf Drehanwendungen beschränkt, sondern es können zum Beispiel auch Anwendungen innerhalb des Fräsens oder Bohrens einbezogen werden. In dem vorderen Teil des Schafthalters gibt es eine im wesentlichen ebene Ausnehmung 2, welche dafür vorgesehen ist, eine Kassettenplatte oder ein Abstandsstück 3 unterzubringen. Diese Kassettenplatte kann durch eine Sicherungsschraube 4, welche durch ein Loch 5 in dem Abstandsstück hindurch eingeführt wird und in einer mit Gewinde versehenen Bohrung 6 in dem Schafthalter festgeschraubt wird, in der Ausnehmung 2 stabilisiert werden. Weiterhin umfaßt die Kassettenplatte einen erhabenen Abschnitt 24, welcher ein erhabenes Niveau 7 einschließt, welches in Relation zu den übrigen oberen Oberflächen des Abstandsstückes, welches nicht in direkten Kontakt mit einem Schneideinsatz 8 kommen soll, erhaben ist. Sowohl die Kassettenplatte 3 als auch der Schafthalter 1 schließen hervorragende Teile 11 beziehungsweise 12 ein, um die wirksame Schneidecke an einem Schneideinsatz 8 zu halten, welche entsprechend 1 (als auch den 4 und 5) für das Auskehlen vorgesehen sind und zu der Grundausführungsform gehören, welche in der US-A-4 755 085 beschrieben ist, welche hiermit durch diese Bezugnahme einbezogen ist. Der Schneideinsatz ist durch eine Schraube 9 geklemmt, welche durch glatte Löcher sowohl in dem Schneideinsatz als auch der Kassettenplatte hindurch eingeführt ist und fest in einer Gewindebohrung 10 in der Ausnehmung 2 eingeschraubt ist.
Alternativ kann auf die Schraube 4 verzichtet werden, wodurch sowohl der Schneideinsatz 8 als auch die Kassettenplatte nur durch die Klemmschraube 9 geklemmt werden. Ferner kann vollständig auf die Kassettenplatte 3 verzichtet werden, wodurch die Geometrien auf dieser oberen Seite statt dessen auf die Ausnehmung 2 übertragen werden können.
Die 4 und 5 zeigen den gleichen Schneideinsatz wie 1. Aus 4 ist offensichtlich, daß der Schneideinsatz eine Ausnehmung 13 an seiner unteren Seite oder Bodenfläche einschließt, welche mit der erhabenen Niveaufläche 7 übereinstimmt. Die Tiefe der Ausnehmung 13 kann zwischen 0,8 und 3 mm liegen, abhängig von der Größe des Einsatzes und der Anwendung. Die Bodenfläche 14 der Ausnehmung 13 ist nicht dafür vorgesehen, gegen die Stützfläche 7 zu stoßen, sondern es sollte statt dessen eine gewisse Lücke zwischen diesen bestehen. Weiterhin schließt die Ausnehmung 13 drei Stützflächen 15A, 15B und 15C ein, welche geeigneterweise einen Winkel mit der Vertikalebene zwischen 0 und 25°, bevorzugt zwischen 3 und 15°, bilden. Die entsprechenden Stützflächen 16A, 16B und 16C der Stützfläche 7 sind in dem gleichen Grad abgewinkelt. Um es zu ermöglichen, den Schneideinsatz weiterzuschalten, beträgt der Winkel zwischen den beiden Oberflächen 15 oder 16 im wesentlichen 60°. Durch das bewußte Versetzen des Mittellochs 17 des Schneideinsatzes etwas in Richtung weg von der Seitenfläche 16C, wird dem Schneideinsatz eine gewisse Vorspannung verliehen, wodurch zwei der drei Stützflächen 15 des Schneideinsatzes gegen die Stützflächen 16A und 16B kommen, wodurch sich eine Lücke zwischen der Fläche 16C und der entsprechenden Stützfläche an dem Schneideinsatz auftut. Dieser doppelseitige Kontakt ist dafür vorgesehen, eine übermäßig statische Bestimmung der Position zu vermeiden. Folglich ist die von den Seiten 15 beschriebene geometrische Figur etwas größer als die durch die Seiten 16 beschriebene Figur. Wenn zwei der Seiten 15 in Anstoß aneinander gebracht werden, liegt der Spalt zwischen der dritten Seite 15 und der entsprechenden Seite 16 passenderweise zwischen 0,2 und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,2 und 1 mm.
Das eigentliche Klemmen wird in den 8 und 9 gezeigt. Aus der herausragenden Position der Schraube 9 in Bezug auf das Einsatzloch 17 ist leicht verständlich, daß der Schneideinsatz in einer mit dem Pfeil P übereinstimmenden Richtung gedrückt werden wird. Dadurch wird der Schneideinsatz dazu gebracht, mit zwei seiner Seiten 15 anzustoßen, wobei die Seite 16C genau gegenüberliegende Seite 15 nicht anstößt. Wie aus dem Schnitt in 9 zu ersehen, stößt der Schneideinsatz auch mit den Unterseiten 18 seiner drei Einsatzecken oder mit der ebenen Oberseite 23 des Einsatzteils 19 gegen die Kassettenplatte, um dem Schneideinsatz die nötige Stabilität zu liefern. Infolge der Tatsache, daß der Schneideinsatz versetzt werden kann, bis zwei seiner Seiten 15 eng an den Seiten 16A, 16B anliegen, bedeutet dies keine übermäßige statische Positionsdefinition. Weiterhin ist der Spalt, welcher sich zwischen dem erhabenen Niveaufläche 7 und der Oberfläche der Ausnehmung 14 auftut, in 9 gezeigt, genauso wie der Spalt 20, welcher sich zwischen den Flächen 15 und 16 ergibt, welche nicht aneinander anstoßen.
Um eine mögliche Ausrundung zu vermeiden, welche an der Kassettenplatte in dem Übergang zwischen einer Stützfläche 16 und der oberen Fläche der Kassettenplatte auftreten könnte, kann eine niedrige Kantenausnehmung 21 entlang der Stützflächen 16 vorgesehen werden. Die Linie 22 zeigt die Grenzlinie der Kantenausnehmung gegen die naheliegende obere Fläche der Kassettenplatte.
Wie oben erwähnt, ist einer der wesentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung, daß Einsätze sehr verschiedener geometrischer Grundformen in die gleiche Einsatzstelle eingeklemmt werden können. Der dreieckige Schneideinsatz entsprechend den 2 und 3 kann also fest in die gleiche Schneideinsatzstelle eingeklemmt werden, welche in Verbindung mit 1 beschrieben wird. Dadurch weist also dieser Schneideinsatz ebenfalls eine Ausnehmung 13' mit einer Bodenfläche 14' und Stützflächen 15A', 15B' und 15C' auf. Ferner schließt der Schneideinsatz Eckstützflächen 18' für das Widerlagern gegen die obere Seite 23 der Kassettenplatte 3 auf.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, kann ein erfindungsgemäßer Schneideinsatz auch eine quadratische Grundform haben. In diesem Fall schließt die untere Seite des Schneideinsatzes eine Ausnehmung 13'' mit einer Bodenfläche 14'' als auch vier Stützflächen 15A'', 15B'', 15C'' beziehungsweise 15D'' ein, wobei die Stützflächen im wesentlichen ein Quadrat mit abgeschnittenen Ecken bilden, welche in Relation zu dem Quadrat des Schneideinsatzes im wesentlichen um 45° gedreht sind. Wenn der Einsatz installiert wird, sind zwei benachbarte Stützflächen dieser vier Stützflächen dafür vorgesehen, gegen zwei entsprechende Stützflächen auf einem erhabenen Bereich anzustoßen, welcher in erster Linie quadratisch statt dreieckig ist, andererseits aber vollständig mit dem erhabenen Bereich (siehe 7, 16) in 1 übereinstimmt. In analoger Weise sind die quadratischen erhabenen Bereiche ferner etwas kleiner als die quadratische Ausnehmung 13". Die Eckabschnitte sind so angeordnet, daß sie gegen eine obere Fläche der Kassettenplatte anstoßen (oder in den Fällen, bei denen auf eine Kassettenplatte verzichtet wurde, direkt an die entsprechende Oberfläche in dem Halter).
In den 10 und 11 wird eine Explosionsansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dieser entsprechend befindet sich nicht eine, sondern sind drei erhabene Bereiche 25 an dem Abstandsstück 3 vorhanden. Ähnlich entsprechend der obigen Ausführungsform kann auf das Abstandsstück 3 verzichtet werden, wodurch die drei erhabenen Bereiche 25 sich direkt an der Bodenstützfläche in der Ausnehmung 2 befinden. Die erhabenen Bereiche 25 sind im wesentlichen als Sektoren ausgebildet und zeigen beide Seitenflächen 26A und 26B. Die untere Seite des Schneideinsatzes 27 ist so geformt, daß sie mit dem erhabenen Bereich 25 zusammenpaßt. Folglich weist die untere Seite drei Ausnehmungen 28 auf, von denen jede an zwei Seiten von zwei Stützflächen 29A und 29B begrenzt wird. Zwischen den Ausnehmungen 28 sind erhabene Bereiche 30 ausgebildet. Beim Installieren des Schneideinsatzes werden insgesamt aber nur zwei Stützflächen 29 an zwei Seitenflächen 26 auf dem Abstandsstück anstoßen. Abhängig von der relativen Plazierung der erhabenen Bereiche 25 können die beiden aktiven Stützflächen durch zwei Seitenflächen 26A und 26B der erhabenen Bereiche gebildet werden, welche am weitesten von den wirksamen Schneidkanten plaziert sind (das heißt, die beiden aktiven Stützflächen, auf welche in 10 als 26A und 26B Bezug genommen wird). Alternativ dazu können die beiden aktiven Stützflächen auch durch die beiden Seitenflächen 26A' und 26B' gebildet werden, welche genau einander gegenüberliegend an zwei benachbarten erhabenen Bereichen zu finden sind, bevorzugt am nächsten bei der wirksamen Schneidkante. Neben dem Anstoßen an zwei Seitenflächen 26, stoßen die Bereiche der Unterseite des Einsatzes nahe den Ecken des Schneideinsatzes auch an die obere Seite 23 des Abstandsstückes 3 an. Unter den Flächen 31 an den Ecken, welche an die Kontaktfläche anstoßen, ist es leicht erhaben.
An sich ist es nicht notwendig, große Bereiche mit einer bestimmten Spreizung zwischen den aktiven Stütz- oder Flankenflächen in dem Halter beziehungsweise der unteren Seite des Schneideinsatzes zu haben. Folglich können die aktiven Stützfläche auch an Rippen 32 beziehungsweise Nuten 33 bestehen. An dem Halter selbst sind 32 Rippen vorhanden, deren Anzahl geeigneterweise zwei oder drei ist. Jede Rippe hat zwei Hauptflächen, welche entsprechend 12 zu insgesamt sechs Seitenflächen führen, wobei aber nur zwei von diesen aktive Stützflächen darstellen, nämlich jene mit den Bezugsziffern 34 und 35. Diese befinden sich an jeder Rippe und der Winkel zwischen ihnen liegt passenderweise zwischen 30 und 50°. Die übrigen vier Seitenflächen sind kontaktlose Oberflächen. An der unteren Seite des Schneideinsatzes finden sich insgesamt zwölf Nuten 33, von denen aber nur zwei in aktiven Eingriff mit den Stützflächen 34, 35 kommen. Wenn der Winkel zwischen den Stützflächen 34, 35 120° beträgt, werden die Seitenflächen 36 und 37 in 13 zum Beispiel an diese anstoßen, wohingegen die Nut 33' dazu kommen wird, die dritte Rippe 32 ohne direktes Anstoßen zu umrunden (zumindest erfolgt kein absichtliches Anstoßen, dies hängt von den Herstellungstoleranzen ab). Zwei oder drei untere Flächen 38 der Ecken stoßen an die obere Seite 39 des Halters an. Dies geschieht entweder dadurch, daß die unteren Flächen der Ecke in ähnlicher Weise wie die erhabenen Bereiche 31 (siehe 11) erhabene Bereiche hat, oder dadurch, daß die unteren Flächen an den Ecken ein wenig abfallen, so daß der Abstand von der unteren Seite unter der Eckschneidkante etwas größer ist als näher bei der Mittelbohrung 17. Durch diese Vielzahl an Nuten an der unteren Seite des Schneideinsatzes kann der Schneideinsatz in Relation zu dem Halter und in Relation zu dem Werkstück auf eine Reihe von Positionen weitergeschaltet werden. Die 14 und 15 zeigen folglich zwei mögliche Positionierungen des Schneideinsatzes, wobei der Schneideinsatz gemäß 15 in Relation zu der Installation gemäß 14 durch einen Nutenabstand gedreht worden ist, d. h. um 30°.
16 zeigt, wie ein Abstandsstück entsprechend der Ausführungsform mit Rippen und Nuten gestaltet sein kann. Das Abstandsstück ist mit zwei Rippen 32 gebildet, wobei deren aktive Stützflächen aus den vorderen Flankenflächen 34 und 35 bestehen. Entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Anstoßen zwischen diesen Flankenflächen und den entsprechenden Flankenflächen in den Nuten (oder der Ausnehmung) des Schneideinsatzes durch eine bestimmte Vorspannung durch die Klemmschraube herbeigeführt. Wenn nicht so viele verschiedene Positionen erforderlich sind, braucht der Schneideinsatz natürlich auch nicht so eine große Anzahl an Nuten wie in 13 zu haben. Der Schneideinsatz gemäß 17 ist mit drei Nuten 33 ausgestaltet, wobei zum Beispiel die Seitenflächen 36 und 37 an die Stützflächen 34, 35 anstoßen. Die erhabenen unteren Flächen 31 an den Ecken stoßen an die obere Seite des Abstandsstückes an.
Schließlich zeigt 18, wie ein Schneideinsatz mit der Grundform eines gleichseitigen Dreiecks mit drei Ausnehmungen 28 gestaltet sein kann, um in einen Halter gemäß 10 eingeklemmt zu werden. Er stößt entweder an die beiden Stützflächen 29A, 29B an dem gleichen erhabenen Bereich 25 der Abstandsstückstützflächen an, oder die beiden Stützflächen 29A', 29B' stoßen an die beiden benachbarten erhabenen Bereiche 25 an. Der Schneideinsatz kann geringfügig erhabene Bereiche auf den erhabenen Bereichen 25 haben (entsprechend 31 in 11) oder die erhabenen Bereiche 25 können ganz leicht angewinkelt sein, um das Anstoßen unter wenigstens zwei Eckkanten zu garantieren.
In ähnlicher Weise kann der Schneideinsatz zum Beispiel auch eine rhombische oder runde Grundform haben. In diesen beiden Fällen können die Schneideinsätze geeigneterweise auch Ausnehmungen mit einer grundsätzlich quadratischen Form haben, was eine den 6 und 7 entsprechende Weise ist.

Claims

Werkzeug für das maschinelle Schneiden von Metall mit einem Schneideinsatz (8) in einem Hartmaterial sowie einem Halter für den Schneideinsatz, wobei der Schneideinsatz entweder direkt gegen den Halter oder gegen eine Kassette oder ein Abstandsstück (3) geklemmt ist, welches seinerseits auf dem Halter angeordnet ist, wobei die Unterseite des Schneideinsatzes mindestens drei vieleckige Vorsprünge aufweist, deren jeder mindestens eine Stützfläche (15) und eine Bodenstützfläche (18) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette oder das Abstandsstück (3) oder der Stützbereich auf dem Halter, welcher den Schneideinsatz stützt, ein erhabenes Niveau (7) aufweist, dessen Grundgestalt ein regelmäßiges Vieleck ist, daß die Unterseite des Schneideinsatzes eine Ausnehmung mit der grundsätzlich passenden Vieleckform hat und daß der Schneideinsatz drei Stützflächen (15) und den erhabenen, drei Stützflächen (16) entsprechenden Bereich aufweist, wobei eine Sicherungsschraube (9) exzentrisch zu einem Loch durch den Einsatz so angeordnet ist, daß der Schneideinsatz dazu gebracht wird, gegen zwei der drei Stützflächen zu stoßen, und ein Spalt zwischen den entsprechenden dritten Seiten entsteht.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Stützflächen (15) des betreffenden Einsatzes, die zwei Stützflächen (16) des erhabenen Bereiches oder die erhabenen Bereiche (24) unter im wesentlichen demselben Winkel gegenseitig angewinkelt sind.
Werkzeug nach Anspruch 1, wobei der Schneideinsatz auf allen seinen Bodenstützflächen (18) ruht.
Werkzeug nach den Ansprüchen 1–2, wobei die entsprechenden Stützflächen (15; 16) des erhabenen Bereiches oder der erhabenen Bereiche des Einsatzes unter einem Winkel von zwischen 0 und 25° bezüglich der vertikalen Ebene angewinkelt sind.